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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Steuerverfahren
für Verbrennungsmotoren
und ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten
Daten, die computerausführbare
Befehle repräsentieren,
insbesondere also ein Verfahren zur Kraftstoffeinstellung aufgrund
von Zylinderereignissen während
eines Startereignisses.
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Die Motorstartsteuerung hat wesentliche
Auswirkungen auf die Motoremissionen und das Motoranlaufen. Die
Kraftstoffmenge beeinflusst sowohl das Drehmoment als auch die Emissionen.
Das Drehmoment wird benötigt,
um einen Motor von der Kurbelgeschwindigkeit zur Leerlaufgeschwindigkeit
zu beschleunigen. Ferner sind niedrige Startemissionen erwünscht, wenn
die Katalysatoren alt und ihre Effizienz niedrig ist. Generell erhöhen Kraftstoffmengen,
die Luft/Kraftstoffmischungen im fetten stöchiometrischen Bereich bewirken,
dass Motordrehmoment, während
solche, die gegenüber
dem stöchiometrischen
Verhältnis
mager sind, die Emissionen während
eines Starts reduzieren. Demzufolge ist es wichtig, konsistente
und genaue Kraftstoffmengen vorzusehen, um Motoranlaufen mit reduzierten
Emissionen sicher zu stellen. Ein Verfahren, Kraftstoff während des
Starts einzustellen, ist im US-Patent 4432325 beschrieben. Das Verfahren
liefert eine abgemessene Kraftstoffmenge, die während einer ersten Phase einer
Motorstartperiode bei einem ersten konstanten Wert gehalten wird,
wobei die abgemessene Kraftstoffmenge auf einen Schwellenwert entsprechend
einer Motorvariablen in der zweiten Phase der Motorstartperiode
geändert
und die abgemessene Kraftstoffmenge in der dritten Phase der Motorstartphase
bei diesem Schwellenwert gehalten wird.
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Dieses Vorgehen hat Nachteile. Die
Näherung
vernachlässigt
die durch den pumpenden Motor und die sich ändernde Motorgeschwindigkeit
hervorgerufenen Motorluftmengenänderungen.
Mit anderen Worten beginnt der Motor beim Start, zu drehen und damit
den Einlassverteiler abzupumpen, wodurch während des Starts in jedem Zylinder
unterschiedliche Luftladungen produziert werden. Bei verschiedene
Zylinder-Luftladungen bei konstanter Kraftstoffzuführung können verschiedene
Luft/Kraftstoff Gemischladungen pro Zylinder entstehen. Dies ist
für die
Motoremissionen und Drehmomentgeneration ein unerwünschter
Zustand.
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Ein anderes Verfahren, Kraftstoff
für kalten
Motor einzustellen, ist im US Patent 5,870,986 beschrieben. Das
Verfahren sieht einen Einspritzzahl Zähler, der eine Gesamtzahl zählt, die
durch Aufsummieren der Kraftstoffeinspritzer aller Zylinder ab Betriebsstart
des Verbrennungsmotors erhalten wird; sowie eine Kraftstofteinspritzzeitänderungseinrichtung
vor, um den Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt um eine vorherbestimmte
Zeit vorzuverstellen. Wenn der gezählte Wert des Einspritzzahl
Zählers
unter einem vorherbestimmten Wert liegt, setzt die Kraftstofteinspritzzeitänderungseinrichtung
den Kraftstofteinspritzstartzeitpunkt auf eine Zeit, die mit der
Ansaughubstartzeit des jeweiligen Zylinders synchronisiert ist.
Falls der oben beschriebene Wert des Einspritzzahlzählers gleich
oder grösser
als ein vorherbestimmter Wert ist, wird der Kraftstofteinspritzstartzeitpunkt
vor den Ansaughubstartzeitpunkt des jeweiligen Zylinders gesetzt.
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Die Erfinder haben auch dort Nachteile
gesehen. Bei dieser Näherung
wird Kraftstoff in ein offenes Ventil eingespritzt, um Kraftstoffverlust
Kompensation zu vermeiden, die für
an den Motoroberflächen
klebenden Kraftstoff, wenn Kraftstoff in einem kalten Motor auf
ein geschlossenes Ventil gespritzt wird, notwendig ist. Das Einspritzen
von Kraftstoff auf ein offenes Ventil in einem kalten Motor wirft
weitere Fragen auf. Insbesondere kann Einspritzen in offene Ventile
während
des Starts die Zündkerzenspitzen
rohem Kraftstoff aussetzen, möglicherweise
die Zündkerzen
am Zünden
hindern, die Motoremissionen erhöhen,
ein ungleichmäßiges Motoranlaufen
bewirken oder sogar den Motor am Start hindern. Ferner kann ein
Einspritzen in offene Ventile während
eines Starts die Zylinderwände
eingespritztem Kraftstoff aussetzen, die Zylinderwände mit
Kraftstoff waschen, wodurch der Ölfilm
zerstört
wird und Kratzer im Zylinder auftreten können.
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Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung,
die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Die Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie das Speichermedium
des Patentanspruches 29 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst
ein Kraftstoffsteuerverfahren für
einen Verbrennungsmotor. Das Verfahren umfasst: Bestimmen individueller
Zylinderereignis Luftmengen; Zählen
der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse ab Start des Verbrennungsmotors;
und Einstellen der Zylinder Kraftstoffmenge auf Basis der gezählten Kraftstoff
Zylinderereignisse und der individuellen Zylinderereignis Luftmengen.
Dieses Verfahren kann eingesetzt werden, die oben genannten Beschränkungen
der Vorschläge
des Standes der Technik zu verringern.
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Indem individuelle Zylinderereignis
Luftmengen bestimmt, die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse gezählt und
so dann Kraftstoff auf Basis der gezählten Kraftstoff Zylinderereignis
Zahl und Zylinderereignis Luftmengen abgegeben wird, wird der Motorstart
verbessert. Mit anderen Worten haben die Erfinder erkannt, dass, da
sich die Motorluftmenge in jedem Zylinder während eines Starts ändert und
die Kraftstoffmenge ermittelt wird, die benötigt wird, um erwünschte Luft/Kraftstoff
Verhältnisänderungen
auf Basis der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl zu erzielen die Kraftstoffabgabe
auf Basis der Zahl Zylinderereignisse und individueller Zylinderluftmengen
die Luft/Kraftstoffsteuerung des Motors verbessern. Demzufolge kann
Kraftstoffzuführung
auf Basis von Kraftstoff Zylinderereignissen und individuellen Zylinderereignis
Luftmengen eingesetzt werden, um Motoremissionen zu erniedrigen
und eine gleichmäßige Motoranlaufgeschwindigkeit
während
des Starts sicherzustellen. Es wurde auch gefunden, dass die Motorkraftstoffanforderungen
eine Funktion der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse sind, anstatt
nur auf der Zeit zu beruhen. Zylinderereignisse können mit
mechanischen Dimensionen korreliert werden; Zeit ist ein Kontinuum
ohne räumliche
Dimensionen oder irgendeine Verbindung mit dem physischen Motor.
Demzufolge reduziert die Motorkraftstoffversorgung auf Basis der
Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse die mit zeitabhängiger Kraftstoffversorgung
assoziierte Kraftstoffvariation.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung schafft die Erfindung ein weiteres Kraftstoffsteuerverfahren
für einen
Verbrennungsmotor, das aufweist: Einspritzen von Kraftstoff auf
mindestens geschlossene Einlassventile beim Start des Verbrennungsmotors;
Zählen
einer Kraftstoff Zylinderereignis Zahl ab Start des Verbrennungsmotors;
und Einstellen der eingespritzten Kraftstoffmenge auf Basis dieser
gezählten
Kraftstoff Zylinderereignis Zahl.
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Als Resultat des Einspritzens von
Kraftstoff auf geschlossene Einlassventile ab Start und Basieren
der eingespritzten Kraftstoffmenge auf der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
wurde erfindungsgemäß der Motorstart
verbessert. Da Einspritzen auf ein geschlossenes Ventil die Chancen,
Zündkerzen
und Zylinderwände Kraftstoff
auszusetzen, verringert und da die Kraftstoffmenge ermittelt wird,
die benötigt
wird, eine erwünschte Luft/Kraftstoff
Verhältnis Änderung
auf Basis der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse zu erhalten, wird
der Motorstart verbessert und die Motoremissionen reduziert. Man
beachte, dass nach dem Start weiterhin auf geschlossene Ventile
oder in offene Ventile oder eine Kombination derselben eingespritzt
werden kann.
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Die Erfindung liefert mehrere Vorteile.
Sie schafft den Vorteil verbesserter Luft/Kraftstoff Steuerung während des
Motorstarts, was zu niedrigeren Emissionen führt. Dieser Vorteil ist besonders
günstig,
wenn der Katalysator kalt und seine Effizienz niedrig ist. Ferner
verbessert die Erfindung die Motoranlaufkonsistenz. Wiederholbare
Motorgeschwindigkeit während
des Starts verbessert das Vertrauen des Besitzers und dessen Zufriedenheit,
da der Motor in zuverlässiger
und vorhersehbarer Weise arbeitet.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale
der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Vorteile
besser anhand eines Ausführungsbeispiels,
in dem die Erfindung vorteilhaft eingesetzt wird, verständlich,
welches nun als Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf
die Zeichnung erläutert
wird. Dabei zeigt:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Motors, in dem die Erfindung vorteilhaft
eingesetzt wird;
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2 ein
Flußdiagramm
auf hoher Programmebene, das sequentielle (SEFI) Kraftstoff Zylinderereignis
basierte Kraftstoffversorgung beschreibt;
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3 ein
alternatives Flußdiagramm
auf hoher Programmebene, das "Big
Bang" Start und
auf sequentiellem Kraftstoff Zylinderereignis basierende Kraftstoffversorgung
nach dem Start beschreibt;
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4 eine
Auftragung eines Beispiels einer konventionellen zeitbasierten Kraftstoffsteuerung
und der während
des Starts produzierten Kohlenwasserstoffemissionen;
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5 eine
Auftragung der Kraftstoff Zylinderereignisse auf Basis der Kraftstoffsteuerung
und der während
eines Starts produzierten Kohlenwasserstoffemissionen;
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6 eine
Tabelle eines Beispiels, bei dem Kraftstoff von einer Basis erwünschten
Lambda während offenen
Schleifenbetriebs subtrahiert wird; und
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7 eine
Tabelle eines Beispiels, bei dem Kraftstoff von einem erwünschten
Basis Lambda, das verlorenen Kraftstoff repräsentiert, subtrahiert wird.
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In 1 wird
ein Verbrennungsmotor 10, mit mehreren Zylindern , von
denen ein Zylinder in 1 gezeigt
wird, durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert.
Der Motor umfasst Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit
Nockenwelle 130 und Kolben 36, der darin angeordnet
und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Der Brennraum 30 ist
mit dem Einlassverteiler 44 und den Abgassammler 48 über ein
entsprechendes Einlassventil 52 und Abgasventil 54 verbunden.
Der Einlassverteiler 44 ist so dargestellt, dass er einen
mit diesen verbundenen Kraftstoffeinspritzer 66 besitzt,
der flüssigen
Kraftstoff entsprechend der Pulsbreite des Signals FPW der Steuerung 12 abgibt.
Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzer 66 durch ein
(nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, eingeschlossen einen Kraftstofftank,
Kraftstoffpumpe und Kraftstoffleitungen (nicht gezeigt) geliefert.
Alternativ kann der Motor so konfiguriert sein, dass der Kraftstoff
direkt in den Motorzylinder eingespritzt wird, welches dem Fachmann
als Direkteinspritzung bekannt ist. Der Einlassverteiler 44 ist
mit dem Drosselkörper 58 über die
Drosselplatte 62 kommunizierend dargestellt.
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Das konventionelle verteilerlose
Zündsystem 88 liefert über die
Zündkerze 92 einen
Zündfunken
in den Brennraum 30 entsprechend der Steuerung 12.
Der zwei Zustände
aufweisende Abgassauerstoffsensor 76 ist mit dem Abgassammler 48 stromaufwärts des
katalytischen Konverters 70 verbunden dargestellt. Alternativ
kann ein universeller Abgassauerstoff(UEGO)sensor den Zweizustands
Sensor 76 ersetzen. Der zwei Zustände aufweisende Abgassauerstoffsensor 76 ist
mit dem Abgassammler 48 stromabwärts des katalytischen Konverters 70 verbunden
dargestellt. Der zwei Zustände
aufweisende Sensor 76 liefert der Steuerung 12 das
Signal EGO 1. Die Steuerung 12 ist in 1 als konventioneller Microcomputer
dargestellt, der aufweist: eine Microprozessoreinheit 102,
Ein- und Ausgänge 104,
ein Read-Only-Memory 106, Random-Access-Memory 108 und
einen konventionellen Datenbus. Die Steuerung ist so dargestellt,
dass sie verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen
Sensoren zusätzlich
zu den oben diskutierten Signalen empfängt, eingeschlossen: Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) vom mit dem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperatursensor 112; eine Messung des absoluten Verteilerdrucks
(MAP) vom mit dem Einlassverteiler 44 verbunden Drucksensor 122;
eine Messung (ACT) der Motorluftmengentemperatur oder Verteilertemperatur
vom Temperatursensor 117; ein Positionssignal (CAM) vom
Nockensensor 150; ein Zündprofilaufnehmersignal
(PIP) von einem mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen Kurbelwellenpositionssensor
(Halleffektsensor) 118 und ein Motorgeschwindigkeitssignal
(RPM) vom Motorgeschwindigkeitssensor 119.
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Nach einem bevorzugtem Aspekt der
Erfindung liefert der Motorgeschwindigkeitssensor 119 eine
vorherbestimmte Zahl Impulse gleichen Abstands pro Kurbelwellenumdrehung.
In 2 ist ein Flußdiagramm
einer durch die Steuerung 12 zur Kraftstoffsteuerung auf
Basis einer Kraftstoff Zylinderereignisstrategie durchgeführten Routine
gezeigt. Der Zeitpunkt der Zylinderereignissignale in Grad ausgedrückt ist:
720/Zahl Motorzylinder. Ein Zylinderereignis wird identifiziert
oder beobachtet, in dem die auf den Signalen des Nockensensors 150 und
des Kurbelwellenpositionssensors 118 basie-rende Motorposition
dekodiert wird. Das Zylinderereignissignal identifiziert, wann ein
vorgegebener Motorzylinder den oberen Totpunkt des Kompressionshubs erreicht.
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In Schritt 210 werden die Motorbetriebsbedingungen
abgelesen. Die Betriebsbedingungen werden bestimmt, indem die Motorkühlmitteltemperatur,
Katalysatortemperatur, seit letztem Motorbetrieb verstrichene Zeit
(Standzeit) und ähnliche
Parameter gemessen werden. Die Parameter werden dazu verwendet,
um die Motor Kraftstoffanforderung in Schritt 224 zu kompensieren.
Die Parameter beeinflussen den Motorbetrieb in verschiedener Weise,
abhängig
von Ihrem Zustand. Beispielsweise liefern niedrige Motorkühlmitteltemperaturen
Luft/Kraftstoff Gemisch Anreicherung, aber höhere Motorkühlmitteltemperatur Luft/Kraftstoffentreicherung. Im
Schritt 212 entscheidet die Routine abhängig von der Motordrehung,
fortzufahren. Wenn der Motor nicht dreht, wartet die Routine, bis
der Kurbelwellenpositionssensor 118 Motorumdrehungen detektiert.
Wenn der Motor dreht, fährt
die Routine in Schritt 214 fort. In Schritt 214 bestimmt die Steuerung,
ob ein Zylinderereignis stattgefunden hat, und wenn dies zutrifft,
fährt die
Routine in Schritt 216 fort. Falls keine neuen Zylinderereignisse
aufgetreten sind, wartet die Routine bis ein Zylinderereignis beobachtet
wird.
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In Schritt 216 bestimmt die Steuerung 12,
ob Synchronisation zwischen der Steuerung 12 und dem Motor 10 stattgefunden
hat. Synchronisation tritt auf, wenn die Motorzeit mit dem Motorsteuerungsbetrieb
ausgerichtet ist. Falls Synchronisation eingetreten ist, fährt die
Routine in Schritt 218 fort, falls nicht, fährt die Routine in Schritt
220 fort. In Schritt 218 wird die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
schrittweise erhöht,
da ein Zylinderereignis detektiert wurde und Motor und Steuerung 12 synchronisiert
sind, welches Kraftstoffabgabe erlaubt. Die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
wird als Zeilenwert verwendet, wenn FNEVTCLD, 6 und FNEVTLOST, 7, nachgeschlagen werden, um den erwünschten
Lambdawert, das relative Luft/Kraftstoff Verhältnis, für das momentane Kraftstoff
Zylinderereignis zu bestimmen.
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In Schritt
220 überwacht
die Steuerung
12 Nocken- und Kurbelwellensignale, die die
Bestimmung der Motorposition erlauben. Wenn die Motorposition festgestellt
wurde, richtet die Motorsteuerung die Betriebsweise, Zündzeitpunkt,
Kraftstoffabgabe und die Motorzeitsteuerung so aus, daß sie synchronisiert
werden. Die Kraftstoffabgabe wird so lange suspendiert, bis Synchronisation
auftritt. Nach Synchronisation wird der Kraftstoff Zylinderereignis
Zähler
auf 0 gesetzt und die Routine fährt
in Schritt
222 fort, wo eine Motorluftmengen-Vorhersage
mit einem Motortuftmengen-Algorithmus
berechnet wird. In Schritt
222 wird die Motorluftmenge
für das
nächste
Zylinderereignis aus dem Motorluftmengen-Algorithmus berechnet.
Der Einlassverteilerdruck
44 und die Einlassverteilertemperatur
117 werden über ein
Motorereignis aufgenommen und so dann eine individuelle Basisizylinderluftmenge
unter Verwendung der bekannten Gleichung für ideale Gase PC = mRT berechnet.
Die Ideale Gasgleichung für
einen 4-Zylinder-Motor, für
Betriebsbedingungen kompensiert, lautet wie folgt:
dabei ist Mcyl die Motorluftmenge
oder Zylinderluftladung, D die Verschiebung des Motors, R die allgemeine Gaskonstante,
T die Motorlufttemperatur. Das Symbol repräsentiert die volumetrische
Motoreffizienz, die in einer empirisch bestimmten Tabelle mit Werten
für Motorgeschwindigkeit
und Last abgespeichert ist. Der Verteilerdruck Pm basiert auf der
Messung des Signals eines Druckwandlers
122. Eine barometrische
Durckkompensation wird als empirisch bestimmte Funktion FNBP gespeichert,
so daß sie
die Änderung
der Motorluftmenge als Abweichungen des barometrischen Betriebsdrucks
vom nominalen barometrischen Druck ausdrückt. Wärmeübergang zwischen Motor und
Motorluftmenge beeinflusst die volumetrische Effizienz und die eingeführte Motorluftmenge.
Die Tabelle FNTEM ist eine empirisch bestimmte Tabelle, die Werte
der Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) und Werte für
die Motorluftmengentemperatur (ACT) besitzt. FNTEM kompensiert den
Wärmetransfer
aufgrund der Motorbetriebsbedingungen. Die Motorluftmenge wird für die Berechnung
einer vorherbestimmten Motortuftmenge verwendet, da das Einspritzen
typischerweise auf ein geschlossenes Ventil erfolgt. Die Vorhersage
wird durch Berechnen der Änderungsgeschwindigkeit
der Luftmenge aus den letzten zwei Motorereignissen getroffen, wobei
danach die Änderungsgeschwindigkeit
und die Dauer zwischen den Motorereignissen eingesetzt wird, um
eine zukünftige
Motorluftmenge vorherzusagen. Dieses Beispiel verwendet die Motorluftmenge
in der aktuellen Zylinder Kraftstoffrechnung, bevor der Zylinder
tatsächlich
die Zylinderluftladung einsaugt. Nach Auffinden der Motorluftmenge
fährt die
Routine in Schritt
224 fort.
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Alternativ kann ein Luftmassenflußmeter zur
Bestimmung der Motorluftmenge verwendet werden, indem das Luftmassensignal über ein
Zylinderereignis integriert wird und dann zukünftige Motorluftmengen extrapoliert
werden, so kann unter Verwendung früherer Motorluftmengen eine
Motorluftmengenvorhersage berechnet werden.
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In Schritt 224 wird das erwünschte Lambda
für das
bevorstehende Kraftstoff Zylinderereignis aus den Tabellen FNEVTCLD,
6 und FNEVTLOST
7 berechnet. Die Tabellen
besitzen Zeilen Werte auf Basis der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
und Spaltenindizes auf Basis der Motorkühlmitteltemperatur oder, alternativ,
Zylinderkopftemperatur. Nachdem der Zählerstand für Kraftstoff Zylinderereignisse
aktualisiert wurde, wird in Schritt 218 diese Zahl aus Schritt 210
gemeinsam mit der Motorkühlmitteltemperatur
verwendet um das erwünschte
Lambda für
das nächste
Kraftstoffereigniss zu bestimmen. FNEVTCLD und FNEVTLOST-Werte werden pro
Reihe und Spalte interpoliert, um das erwünschte zukünftige Zylinderereignis Lambda
zu bestimmen. Das erwünschte
Lambda wird durch die Gleichungen
LAMBDA = BASEFUL – FNEVTCLD – FNEVTLOST,
offene Schleife und
LAMBDA = BASEFUL – FNEVTLOST, geschlossene Schleife,
berechnet.
Lambda wird in offene und geschlossene Schleifenmodi aufgetrennt,
so daß Kraftstoffverluste
in beiden Betriebsweisen berücksichtigt
werden können.
Bei offener Schleife ist BASEFUL der erwünschte Lambdawert, der aus
einer Tabelle auf Basis von Motorgeschwindigkeit und Last interpoliert
ist. Bei geschlossener Schleife nimmt BASEFUL einen Wert an, der
sich dynamisch um den Wert 1 auf Basis des Zustands des Sauerstoffsensors
76 bewegt.
Allgemein ist der Zeilenwert, die Kraftstoff Zylinderereignis Zahl
geeicht, um individuelle Zylinder-Lambda-werte für wenige erste Motorzyklen
zu schaffen, danach werden die Lambdawerte über die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
interpoliert, wenn die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse steigt.
Lambda ist wie folgt definiert:
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Der Spalten Wert, die Motorkühlmitteltemperatur,
wird geeicht, um Änderungen
der Kraftstoffverdampfung und Kraftstoffverlust, wenn Motor- und
Ventiltemperaturen sich ändern,
zu berücksichtigen.
Die Verwendung der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse und Motorkühlmitteltemperatur
als Werte der Bestimmung individueller Zylinder-Lambda ermöglicht eine
sehr feine Steuerung des Motorkraftstoffs beim Start. Alternativ
kann die Katalysatortemperatur als Faktor zur Bestimmung der erwünschten
Luft/Kraftstoff Verhältnisses
verwendet werden. Die Erfinder haben erkannt, daß die Katalysatortemperatur
als Faktor bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge verwendet werden
kann. Wenn ein Katalysator kalt ist, kann ein mageres Luft/Kraftstoff
Verhältnis und
Zündzeitpunktverzögerung verwendet
werden, um die Katalysatortemperaturen zu erhöhen und die Auspuffemissionen
zu reduzieren. Wenn ein Katalysator warm ist und der Motor angehalten
wurde, diffundiert Sauerstoff in den Katalysator. Dadurch kann der
Motor nach einem Start über
einen gewissen Zeitraum mit einem fetten Verhältnis betrieben werden, ohne
die Auspuffemissionen signifikant zu erhöhen. Der Betrieb eines Motors
im fetten Bereich über
einen Zeitraum reduziert die NOx Produktion und bereitet den Katalysator
für das während erhöhter Lastbedingungen
entstehende NOx vor. Um die Katalysatortemperatur zu kompensieren wird
die Lambdaberechnung durch einen weiteren Term modifiziert, FNEVTCAT.
Die Gleichung für
erwünschtes
Lambda mit Katalysatortemperaturkompensation ist:
LAMBDA =
BASEFUL – FNEVTCLD – FNEVTLOST
+ FNEVTCAT, offene Schleife
LAMBDA = BASEFUL – FNEVTLOST
+ FNEVTCAT geschlossene Schleife.
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Die Funktion FNEVTCAT hat die gleiche
Form wie
6, mit Katalysator
Temperaturwerten anstelle der Motorkühlmitteltemperaturen. Die weiteren
Werte bleiben Kraftstoff Zylinderereignis Zahlen. Durch Verwendung
der Katalysatortemperatur als Faktor bei der Bestimmung des Motor
Luft/Kraftstoff Verhältnisses kann
der Motorbetrieb so eingestellt werden, dass die Auspuffemissionen
reduziert werden. Die Routine fährt dann
in Schritt 226 fort. In Schritt 226 wird die individuelle Zylinder
Kraftstoffmasse auf Basis des in Schritt 224 berechneten erwünschten
Lambda be rechnet und die vorhergesagte Motorluftmenge aus Schritt
222 abgeleitet. Die Basis-Kraftstoffmasse wird wie folgt berechnet:
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Die einzuspritzende Kraftstoffmasse
wird ferner modifiziert, um zu berücksichtigen, dass ein Teil
der eingespritzten Kraftstoffmasse in die Bildung einer Kraftstoffniederschlagsmenge
im Einlassverteiler gehen kann und dass ein Teil des Kraftstoffniederschlags
abhängig
von den Betriebsbedingungen in den Zylinder geraten kann. Der in
den Motorzylinder geratende Kraftstoff wird, wie durch Aquino im
S.A.E. Papier 810494 beschrieben, wie folgt berechnet:
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Die Gleichungsterme X und Tau repräsentieren
den Teil des eingespritzten Kraftstoffes, der in den Niederschlag
X gerät,
und die Zeitkonstante des Niederschlags, Tau. Die Termini werden
aus in Tabellen abgespeicherten Werten ermittelt, die empirisch
bestimmt wurden und auf dem Verteilerdruck, Motorkühlmitteltemperatur
und der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse basieren. Die Kraftstoffniederschlagmasse ändert sich
dynamisch und wird durch den Kraftstoffdruck, die Motortemperatur
und die Motorgeschwindigkeit beeinflusst. Die Niederschlagmasse
steigt bei niedrigerer Motortemperatur, höheren Verteilerdrücken und
niedriger Motorgeschwindigkeit. Die Niederschlagmasse nimmt bei
höherer
Motortemperatur, niedrigerem Verteilerdruck und höheren Motorgeschwindigkeiten
ab. In dem die Kraftstoffniederschlagmasse beobachtet und für Kraftstoff,
der den Kraftstoffniederschlag bereichert oder diese verlässt, kompensiert
wird, wird das erwünschte
Zylinder Luft/Kraftstoff Gemisch hergestellt. Die Routine fährt dann
in Schritt 228 fort. In Schritt 228 wird die Kraftstoffpulsbreite
aus der berechneten Kraftstoffmasse und einer Funktion, die die
Abgabedauer einer vorgegebenen Kraftstoffmasse repräsentiert,
bestimmt. Die Routine fährt
dann in Schritt 230 fort, wo der Einspritzer aktiviert wird, um
die erwünschte
Kraftstoffmasse abzugeben. Die Routine fährt dann in Schritt 223 fort.
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In Schritt 223 übergibt die Routine die Kraftstoff
Zylinderereignis Zahl an eine Zündpunktroutine,
die den Zündpunkt
auf Basis der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse und der Zylinder
Brenngeschwindigkeit einstellen kann. Typischerweise wird der Zündpunkt
vorverstellt, wenn die Brenngeschwindigkeit niedriger ist und verzögert, wenn
die Brenngeschwindigkeit höher
ist. Die Brenngeschwindigkeit wird aus der Zylinderanordnung und
dem Kraftstofftyp bestimmt, bspw. Benzin, Ethanol und Methanol.
Der Basis Zündzeitpunkt
wird einer Tabelle abgespeicherter vorherbestimmter Werte entnommen.
Die Basis Zündzeitpunkttabelle
besitzt Werte der Motorkühlmitteltemperatur
und Werte der Kraftstoff Zylinderereignis Zahlen. Wenn die Brenngeschwindigkeit des
Kraftstoffes sich ändert, ändert eine
Funktion FNBUR SPK die Zündungsanforderung,
indem eine Verschiebung gegenüber
der Basis Zündzeitpunkt
addiert wird. FNBUR SPK wird empirisch bestimmt und liefert die
Zündzeitpunktverschiebung
als Funktion der Brenngeschwindigkeit. Wenn die Brenngeschwindigkeit
sich abhängig
vom Kraftstofftyp ändert,
wird der Zündzeitpunkt
vorverstellt oder in geeigneter Weise verzögert. Mit anderen Worten wird
der Zündwinkel,
der auf der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse basiert, entsprechend
der Zylinderbrenngeschwindigkeit modifiziert. Durch Verbindung des
Zündwinkels
mit der Zylinderbrenngeschwindigkeit und Kraftstoff Zylinderereignis
Zahl können
die Motoremissionen bei verschiedensten Kraftstofftypen reduziert
werden. Die Routine fährt
sodann in Schritt 234 fort. In Schritt 234 werden die Motorbetriebsbedingungen
bestimmt, um festzustellen, ob Kraftstoffsteuerung im Modus mit
geschlossener Schleife erwünscht
ist. Gemeinsame Signale, die dazu eingesetzt werden, den erwünschten
Motorbetrieb mit geschlossener Schleife zu bestimmen umfassen: Zeit
seit Motorstart, Abgassensortemperatur, Motorkühlmitteltemperatur und Motorlast.
Falls Kraftstoffsteuerung mit geschlossener Schleife erwünscht ist,
fährt die
Routine in Schritt 236 fort, wo die Kraftstoffsteuerung von der
Steuerung mit offener Schleife zur Steuerung mit geschlossener Schleife übergeht,
indem die Kraftstoffzufuhr in Richtung Stöchiometrie erhöht wird.
Falls die Steuerung mit geschlossener Schleife unerwünscht ist,
steigt die Routine aus, bis sie wieder aufgerufen wird, um Kraftstoff
für den
nächsten Zylinder
zu bestimmen.
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Alternativ liefert eine weitere Ausführungsform
der Erfindung Kraftstoff auf Basis der Kraftstoff Zylinderereignis
Zahl und geht sodann auf zeitbasierte Kraftstoffabgabe über. Dieses
Verfahren profitiert von den Vorteilen der Kraftstoffversorgung
auf Ba sis der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse während des
Starts und reduziert sodann die Berechnungen, indem zeitbasierte
Kraftstoffversorgung verwendet wird. Bei einer weiteren Alternative
wird eine gleichzeitige auf Verwendung von Kraftstoff Zylinderereignis
Zahl und Zeit basierende Kraftstoffversorgung ebenfalls Vorteile
haben. Eine auf Ereignis Zahlen basierende Kraftstoffversorgung
liefert die oben genannten Vorteile. Eine auf Zeit basierende Kraftstoffversorgung
ermöglicht
vereinfachtes Eichen bei der Kraftstoffkompensation für sich langsamer ändernde
Bedingungen, wie Kraftstoffverdampfung. Durch Verwendung beider
Verfahren kann die Kraftstoffmenge für Motorbedingungen, kompensiert
werden, die sich langsam ändern
sowie Motorbedingungen, die sich schnell kompromißlos ändern.
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Die Erfinder haben das Verfahren
der 2 entwickelt, da
sie erkannt haben, dass die Menge "Kraftstoffverlust" unberücksichtigten Kraftstoffs, der
eingespritzt wurde, aber nicht in der Herstellung des Abgasstroms
erscheint, genauer sein kann, falls sie auf der Zahl Kraftstoff
Zylinderereignisse begründet
wird, anstelle darauf, dass sie nur auf der Zeit ab Start basiert.
Wenn ein kalter Motor gestartet wird, kann der eingespritzte Kraftstoff
die Kolbenringe umgehen und im Kurbelwellengehäuse enden. Dieses Phänomen tritt
aufgrund kalter Öffnungen
zwischen Kolben- und Zylinderbohrungen auf. Der unberücksichtigte
Kraftstoff, der in das Kurbelwellengehäuse läuft, wird als "Kraftstoffverlust" bezeichnet. Die
Menge Kraftstoffverlust ist eine Funktion von Motortemperatur und
Standzeit. Falls die Motorbetriebsbedingungen Kraftstoffverluste
produzieren, ist das resultierende Abgas Luft/Kraftstoff Mischungsverhältnis magerer
als das erwünschte
Luft/Kraftstoff Verhältnis, das
durch die Anpassung der Kraftstoffmenge an die Luftmenge produziert
wird. Da die Zylindertemperatur die Kolbenbohrungsöffnungen
beeinflusst und die Zylindertemperatur pro Zylinderereignis steigt,
schafft eine Basierung der Kraftstoffverlustmenge auf der Zahl Kraftstoff
Zylinderereignisse eine besser Näherung
der Kraftstoffverlustmenge.
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Ferner haben die Erfinder erkannt,
dass beim Start die Zeit, die seit dem letzten Motorbetrieb verstrichen
ist, ebenfalls bei der Bestimmung des erwünschten Zylinder Luft/Kraftstoffes
zu berücksichtigen
ist. Nachdem der Motor angehalten wurde, kann Kraftstoff aus dem
Einlassverteiler Kraftstoffniederschlag verdampfen. Je länger der
Motor still steht, um so mehr Kraftstoff verdunstet aus dem Kraftstoffniederschlag.
Da der Kraftstoff im Kraftstoffniederschlag das Zylinder Luft/Kraftstoff
Ver hältnis
beeinflusst, beeinflusst die Zeit, die der Kraftstoff zur Verdampfung
hat, das in den Zylinder eingelangende Luft/Kraftstoff Gemisch.
Eine Tabelle, FNSOAK liefert eine Kompensation für die Kraftstoffniederschlagmasse
als Funktion der Zeit und der Motorkühlmitteltemperatur. Die Tabelle
besitzt Werte der Motorkühlmitteltemperatur
und Werte der Standzeit. Die Werte der Tabelle repräsentieren
den Prozentsatz der durch Verdampfung verlorenen Kraftstoffniederschlagmasse.
Die Kraftstoffmenge des Niederschlags beim letzten Motorbetrieb
wird mit dem aus FNSOAK entnommenen interpolierten Wert multipliziert,
um die Kraftstoffniederschlagmasse während eines Starts zu bestimmen.
Da die Standzeit zunimmt, verringert sich die Verteiler Kraftstoffniederschlagmasse.
Eine Kompensation für
die seit dem Start verstrichene Zeit kann verwendet werden, die
Einlassverteiler -Schätzung
zu verbessern, wodurch individuelle Zylinder Luft/Kraftstoff Gemische
beim Start des Motors verbessert werden. Ferner haben die Erfinder
erkannt, dass während
eines Starts Änderungen
innerhalb eines Motors und seiner Umgebung auftreten. Die zuerst
gezündeten
Zylinder haben ein Luft/Kraftstoff Gemisch, das aus frischer Ladung
und Kraftstoff zusammengesetzt ist. Mit anderen Worten besteht sehr
wenig EGR oder Restgas während
der ersten Verbrennungsereignisse. Nach wenigen ersten Zündereignissen
stossen die Zylinder Restgase aus, diese beeinflussen die Luft/Kraftstoff
Gemische in anderen Zylindern. Demzufolge ist der Verbrennungsprozess
in einem Motor nicht nur zeitabhängig,
sondern auch vont der Zahl Zylinder, die Kraftstoff empfangen, abhängig.
-
Die Routine in 2 kann dazu verwendet werden, von den
oben genannten erkannten Vorteilen zu profitieren. Die Vorteile
werden erzielt, da die Routine Kraftstoff Luft und Zündzeitpunkt
auf individueller Zylinderbasis berücksichtigt. Indem die individuellen
Zylinderluftmengen bestimmt werden, der Zylinder Kraftstoff in Form
von Lambda auf Kraftstoff Zylinderereignissen basiert und auf Basis
der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl gezündet wird, werden die individuellen
Zylinder Gemische und die Verbrennung besser gesteuert. Eine Person,
die den Motor unter Verwendung der Routine in 2 eicht, kann diskrete Kraftstoffmengen
zu individuellen Zylindern transportieren lassen, um interpolierte
Kraftstoffmengen über
eine Zahl Zylinderereignisse zu liefern. Da die Zylinderluftmenge
für jeden
Zylinder bestimmt wird und die Kraftstoffabgabe eine Funktion der Zylinder
Luftmenge und der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse ist, werden
demzufolge konsistente Zylinder Luft/Kraftstoff Gemische Start für Start
bestimmt.
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Die Motorkraftstoffabgabe auf Basis
der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse kann auch mit zwei weiteren Verfahren
kombiniert werden, um die Emissionen weiter zu reduzieren, bspw.
durch Einführen
von Umgebungsluft in den Abgassammler, um die Öffnungsoxidation zu fordern,
oder von mageren Luft/Kraftstoff Gemischen, kombiniert mit Zündzeitpunktverzögerung,
falls die Katalysatortemperaturen niedrig sind.
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Nachfolgend wird auf 3 Bezug genommen, einem Flussdiagramm
einer alternativen Ausführungsform
der Kraftstoffsteuerung, die auf der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
beruht. In Schritt 310 werden die Motorbetriebsbedingungen abgelesen.
Die Betriebsbedingungen werden bestimmt, indem Motorkühlmitteltemperatur,
Katalysatortemperatur, Zeit seit letztem Motorbetrieb (Standzeit)
und ähnliche
Parameter gemessen werden. Die Parameter werden dazu verwendet,
um die Motor Kraftstoffnachfrage in den Kästen 318 und 330 zu kompensieren.
Die Parameter beeinflussen den Motorbetrieb in verschiedene Weise
abhängig
von ihrem Zustand. Beispielsweise schaffen niedrige Motorkühlmitteltemperaturen
ein fetteres Luft/Kraftstoff Gemisch, während höhere Motorkühlmitteltemperaturen eine magereres
Luft/Kraftstoff Gemisch benötigen.
Bei Schritt 312 entscheidet die Routine, ob sie auf Grundlage dessen,
ob der Motor sich dreht, fortfährt.
Wenn der Motor sich nicht dreht, wartet die Routine, bis der Kurbelwellenpositionssensor
118 Motorrotation detektiert. Wenn der Motor dreht, fährt die
Routine in Schritt 314 fort. In Schritt 314 bestimmt die Steuerung,
ob ein Zylinderereignis aufgetreten ist und falls dies zutrifft,
fährt die
Routine in Schritt 316 fort. Falls keine neuen Zylinderereignisse
aufgetreten sind, wartet die Routine, bis ein Zylinderereignis beobachtet
wird.
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In Schritt 316 bestimmt die Routine,
ob das Zylinderereignis des ersten Motorzyklus aufgetreten ist. Falls
dies zutrifft, fährt
die Routine in Schritt 322 fort. Falls dies nicht zutrifft, fährt die
Routine in Schritt 318 fort, wo die Big Bang Kraftstoffzuführung beginnt.
In Schritt 318 spritzen alle Einspritzer ein, welches als Big Bang bezeichnet
wird, und liefern allen Zylindern Kraftstoff, unabhängig von
dem individuellen Zylinderventil Zündzeitpunkt. Die abgegebene
Menge Kraftstoff ist eine Funktion der Motorkühlmitteltemperatur. Die Menge
ausgelieferten Kraftstoffes steigt mit fallender Motorkühlmitteltemperatur.
Das Startverfahren schafft den Vorteil reduzierter Startdauer, kann
aber die Emissionen erhöhen.
Die Routine fährt
sodann in Schritt 320 fort, wo das Kraftstoffeinspritzen verzögert wird,
bis der erste Zylinder, der den Big Bang Kraftstoff empfängt, mit
Kraftstoff für
das erste Ereignis im zweiten Zyklus versorgt wird. Der Kraftstoff
Zylinderereignis Zähler
wird auch in Schritt 320 schrittweise weitergesetzt, wenn Big Bang
Kraftstoff Zylinderereignisse auftreten. Die Routine fährt dann in
Schritt 322 fort.
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In Schritt 322 bestimmt die Steuerung 12,
ob Synchronisation zwischen Steuerung 12 und Motor 10 erfolgt
ist. Falls Synchronisation aufgetreten ist, fährt die Routine in Schritt
324 fort, falls nicht, geht die Routine zu Schritt 326 über. Der
Motor sollte zu dem Zeitpunkt, bei dem der gesamte Big Bang Kraftstoff
verbrannt ist, synchronisiert sein.
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In Schritt 324 wird ein Kraftstoff
Zylinderzähler
schrittweise vorwärts
gesetzt, da ein Zylinderereignis detektiert wurde, Motor und Steuerung 12 synchronisiert
sind und Kraftstoffabgabe ermöglichen.
Die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse wird als Zeilenwert verwendet,
wenn FNEVTCLD, 6, und
FNEVLOST, 7 festgestellt
werden, um den erwünschten
Lambda Wert für
das momentane Kraftstoff Zylinderereignis zu bestimmen.
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In Schritt 326 beobachtet die Steuerung 12 Nocken-
und Kurbelwellensignale, die die Bestimmung der Motorposition ermöglichen.
Wenn die Motorposition gesichert wurde, richtet die Steuerung 12 die
Betriebsweisen, Zündzeitpunkt
und Kraftstoffabgabe mit der Motorzeitgebung so aus, dass sie synchronisiert
sind. Die Kraftstoffabgabe wird einen Motorzyklus nach der Big Bang
Kraftstoffzuführung
ausgesetzt, so dass der Big Bang Kraftstoff verbrannt werden kann.
Nach Synchronisierung fährt
die Routine in Schritt 328 fort, wo eine Motorluftmengenvorhersage
aus einem Motorluftmengen-Algorithmus berechnet wird.
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In Schritt 328 wird eine Motorluftmenge
für das
nächste
Zylinderereignis aus einem Motorluftereignis-Algorithmus berechnet.
Einlassverteilerdruck
44 und Einlassverteilertemperatur
177 werden über ein
Motorereignis genommen und sodann eine individuelle Zylinder Luftbasismenge
berechnet, indem die bekannte Gleichung des idealen Gasgesetzes
PV=mRT verwendet wird. Die ideale Gasgleichung ist für einen
4-Zylindermotor, kompensiert für
Betriebsbedingung, ist die nachfolgende:
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Dabei ist Mcyl die Luftmenge oder
Zylinderluftladung, D die Motorsverschiebung, R die allgemeine Gaskonstante
und T die Motorlufttemperatur. Das Symbol ( repräsentiert die empririsch bestimmte
volumetrische Motoreffizienz, die in Schritten in einer Tabelle
mit Motorgeschwindigkeit und Motorlast abgespeichert ist. Der Verteilerdruck
Pm basiert auf der Messung eines Signals vom Druckwandler 122.
Die Kompensation für barometrischen
Druck wird als Funktion FNBP gespeichert und empirisch bestimmt,
so dass sie die Änderungen
der Motortuftmenge ausdrückt,
wenn der barometrische Betriebsdruck vom nominalen barometrischen Druck
abweicht. Wärmeübergang
zwischen Motor und der Motorluftmenge beeinflusst die volumetrische
Effizienz und die eingeführte
Motorluftmenge. Die Tabelle FNTEM ist eine empirisch bestimmte Tabelle,
die Schrittweise Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) und schrittweise Motorluftmengentemperatur (ACT) beinhaltet. Aufgrund
dieser Betriebsbedingungen liefert FNTEM eine Kompensierung für den Wärmeübergang.
Sodann wird eine Motorluftmenge verwendet, um eine Motorluftmengenvorhersage
zu berechnen, da das Einspritzen typischerweise auf ein geschlossenes
Ventil erfolgt. Die Vorhersage wird getroffen, indem die Änderungsgeschwindigkeit
der Luftmenge aus den letzten beiden Motorzyklen berechnet wird,
sodann die Änderungsgeschwindigkeit
und der Zeitraum zwischen Motorereignissen verwendet wird, um die
nächste
Luftmenge vorherzusagen. Dieses Beispiel verwendet die Motorluftmenge
in der aktuellen Zylinder Kraftstoffberechnung, bevor der Zylinder
tatsächlich
die Zylinderluftladung ansaugt. Nachdem die Motorluftmenge errechnet
wurde, fährt
die Routine in Schritt 330 fort.
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Alternativ kann ein Luftmassenmeter
verwendet werden, um die Motortuftmenge zu bestimmen. Indem das
Luftmassensignal über
ein Zylinderereignis integriert wird und so dann nächste Motortuftmengen
durch Extrapolation unter Verwendung vorhergehender Motorluftmengen
vorhergesagt werden, kann eine Motorluftmengenvorhersage berechnet
werden.
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In Schritt 330 wird das erwünschte Lambda
für das
nächste
Kraftstoff Zylinderereignis aus den Tabellen FNEVTCLD 6 und FNEVTLOST, 7 berechnet. Die Tabellen
besitzen Zeilenwerte auf Basis der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
und Spaltenwerte auf Basis der Motorkühlmitteltemperatur oder alternativ der
Zylinderkopftemperatur. Nach Aktualisierung der Kraftstoff Zylinderereignis
Zahl in Schritt 324 wird die Zahl gemeinsam mit der Motorkühlmitteltemperatur
aus Schritt 310 verwendet, um das erwünschte Lambda für das nächste Kraftstoffereignis
zu bestimmen. FNEVTCLD und FNEVT wird hier werden pro Reihe und
Spalte interpoliert, um das erwünschte
nächste
Zylinderereignis Lambda zu bestimmen. Das erwünschte Lambda wird durch die
Gleichungen
LAMBDA = BASEFUL – FNEVTCLD – FNEVTLOST, offene Schleife
LAMBDA
= BASEFUL – FNEVTLOST,
geschlossene Schleife
errechnet. Lambda wird in offene Schleifen
und geschlossene Schleifen Modi auf getrennt, so dass Kraftstoffverlust
in beiden Betriebsweisen berücksichtigt
werden kann. Beim Steuermodus mit offener Schleife ist BASEFUL der
erwünschte
Lambdawert, der aus einer Tabelle auf Basis von Motorgeschwindigkeit
und Last interpoliert wird. Beim Steuermodus mit geschlossener Schleife
nimmt BASEFUL einen Wert an, der sich dynamisch um den Wert 1 bewegt,
auf Basis des Zustands des Sauerstoffsensors 76. Allgemein
ist der Zeilenwert, die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse, geeicht,
um individuelle Zylinder-Lambdawerte für wenige erste Zylinderzyklen
zu liefern, sodann werden die Lambdawerte über eine Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
interpoliert, wenn die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse wächst.
-
Lambda ist hier wie folgt definiert:
-
Die Werte der Spalten, die Motorkühlmitteltemperatur,
werden geeicht, um Änderungen
in der Kraftstoffverdampfung und Kraftstoffverlust, falls Motor-
und Ventiltemperaturen variieren, zu berücksichtigen. Die Verwendung
der Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse und der Motorkühlmitteltemperturen
als Werte bei der Bestimmung des individuellen Zylinderlambda ermöglicht eine
sehr feine Steuerung des Motor-Kraftstoffes
während
des Starts.
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Alternativ kann die Katalysatortemperatur
als Faktor zur Bestimmung des erwünschten Luft/Kraftstoff Verhältnisses
verwendet werden. Die Erfinder haben auch erkannt, dass die Katalysatortemperatur
als Faktor zur Bestimmung der Kraftstoffmenge verwendet werden kann.
Wenn ein Katalysator kalt ist, können
magere Luft/Kraftstoff Verhältnisse
und Zündzeitpunktverzögerung verwendet
werden, um die Katalysatortemperaturen zu erhöhen und die Auspuffemissionen
zu reduzieren. Falls ein Katalysator warm ist und der Motor angehalten
wurde, diffundiert Sauerstoff in den Katalysator. Dadurch kann der
Motor nach dem Start über
einem Zeitraum fett betrieben werden, ohne die Auspuffemissionen
signifikant zu erhöhen.
Der Betrieb des Motors im fetten Bereich über einen Zeitraum reduziert
die NOx Produktion des Motors und bereitet den Katalysator für das während erhöhter Lastbedingungen
hervorgerufene erhöhte
NOx vor. Um die Katalysatortemperatur zu kompensieren, wird die
Lambdakalkulation durch einen weiteren Term modifiziert, FNEVTCAT.
Die erwünschte
Lambdagleichung mit Katalysatortemperaturkompensation ist:
LAMBDA
= BASEFUL – FNEVTCLD – FNEVTLOST
+ FNEVTCAT, offene Schleife
LAMBDA = BASEFUL – FNEVTLOST
+ FNEVTCAT, geschlossene Schleife.
-
Die Funktion FNEVTCAT hat die gleiche
Form wie in
6, wobei
die x Werte die Katalysatortemperatur anstatt der Motorkühlmitteltemperatur
sind. Der y Wert bleibt die Kraftstoff Zylinderereignis Zahl. Unter Verwendung
mit Katalysatortemperatur als Faktor zur Bestimmung der Motor Luft/Kraftstoff
Verhältnisses
kann der Motorbetrieb eingestellt werden, um die Auspuffemissionen
zu reduzieren. Die Routine fährt
dann in Schritt 332 fort. In Schritt 332 wird die individuelle Zylinder
Kraftstoffmasse auf Basis des in Schritt 330 berechneten erwünschten
Lambda und die vorhergesagte Motorluftmenge aus Schritt 328 erhalten.
Die Basis Kraftstoffmasse wird wie folgt berechnet:
-
Die einzuspritzende Kraftstoffmasse
wird ferner modifiziert, um zu reflektieren, dass ein Teil der eingespritzten
Kraftstoffmasse in die Bildung des Kraftstoffniederschlags im Einlassverteiler
gelangen kann und ein Teil des Kraftstoffniederschlags in den Zylinder
abhängig
von den Betriebsbedingungen, gelangen kann. Der den Motorzylinder
gelangende Kraftstoff wird, wie von Aquino S. A. E. Papier 810494
beschrieben, wie folgt berechnet:
-
Die Gleichungsterme X und Tau repräsentieren
den Teil des eingespritzten Kraftstoffes, der im Niederschlag X
verbleibt und die Zeitkonstante des Niederschlags, Tau. Die Tenne
werden aus den in Tabellen abgespeicherten Werten bestimmt, deren
Werte empirisch bestimmt sind und auf Verteilerdruck, Motorkühlmitteltemperatur
und Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse beruhen. Die Kraftstoffniederschlagmasse ändert sich
dynamisch und wird durch den Verteilerdruck, Motortemperatur und
Motorgeschwindigkeit beeinflusst. Die Niederschlagmasse erhöht sich
bei niedrigeren Motortemperaturen, höheren Verteilerdrücken und
niedrigeren Motorgeschwindigkeiten. Die Niederschlagmasse nimmt
bei höherer
Motorgeschwindigkeit, niedrigerem Verteilerdruck und höheren Motorgeschwindigkeiten
ab. Indem die Kraftstoffniederschlagmasse beobachtet wird und für den Kraftstoffniederschlag
bereichernden oder diesen verlassenden Kraftstoff kompensiert wird,
wird das erwünschte
Zylinder Luft/Kraftstoff Gemisch geschaffen. Die Routine fährt dann
in Schritt 334.
-
In Schritt 334 wird die Kraftstoffpulsbreite
aus der berechneten Kraftstoffmasse und einer Funktion als Zeit,
die zur Abgabe einer vorgegebenen Kraftstoffmasse benötigt wird,
berechnet. Die Routine fährt
sodann in Schritt 336 fort, wo der Einspritzer aktiviert wird, um
die erwünschte
Kraftstoffmasse abzugeben. Die Routine fährt dann in Schritt 338 fort.
-
In Schritt 338 übermittelt die Routine die
Kraftstoff Zylinderereignis Zahl an die Zündungsroutine, die den Zündzeitpunkt
auf Basis der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl und der Zylinderbrenngeschwindigkeit
einstellen kann. Typischerweise wird der Zündzeitpunkt vorverstellt, wenn
die Brenngeschwindigkeit niedriger ist und verzögert, falls die Brenngeschwindigkeit
höher ist.
Die Brenngeschwindigkeit wird durch die Zylinderkonstruktion und
die Kraftstoffart bestimmt, bspw. Benzin, Ethanol und Methanol.
Der Basis Zündzeitpunkt
wird den in einer Tabelle abgespeicherten vorbestimmten Werten entnommen.
Die Basis Zündzeitpunkttabelle
besitzt Werte der Motorkühlmitteltemperatur
und Werte der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl. Falls sich die Brenngeschwindigkeit
des verwendeten Kraftstoffes ändert,
verstellt eine Funktion FNBUR SPK die Zündung vor, indem zum Basis
Zündzeitpunkt
eine Verschiebung aktiviert wird. FNBUR SPK wird empirisch bestimmt
und liefert die Zündzeitpunktverschiebung
als Funktion der Brenngeschwindigkeit. Wenn die Brenngeschwindigkeit sich ändert, abhängig vom
Kraftstofftyp, wird der Zündzeitpunkt
vorverschoben oder in geeigneter Weise verzögert. Mit anderen Worten wird
der Basis Zündwinkel,
der auf der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl beruht, aufgrund der
Zylinderbrenngeschwindigkeit modifiziert. Indem der Zündwinkel
mit der Zylinderbrenngeschwindigkeit und der Kraftstoff Zylinderereigniszahl
verbunden wird, können
die Motoremissionen bei verschiedenen Kraftstofftypen reduziert
werden. Die Routine fährt
dann in Schritt 340 fort.
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In Schritt 340 werden die Motorbetriebsbedingungen
bewertet, um festzustellen, ob Steuerung mit geschlossener Schleife
erwünscht
ist. Allgemeine Signale, die dazu verwendet werden, den erwünschten
Motorbetrieb mit geschlossener Schleife zu bestimmen, umfassen:
Zeit seit Motorstart, Abgassensortemperatur, Motorkühlmitteltemperatur
und Motorlast. Falls Kraftstoffsteuerung mit geschlossener Schleife
erwünscht
wird, fährt
die Routine in Schritt 342 fort, wo sich die Kraftstoffsteuerung
von der Steuerung mit offener Schleife zur Steuerung mit geschlossener
Schleife durch Erhöhen
des Kraftstoffes in Richtung der Stöchiometrie übergeht. Falls Kraftstoff-Steuerung
mit geschlossener Schleife unerwünscht
ist, steigt die Routine aus, bis sie wieder aufgerufen wird, um
den Kraftstoff für
den nächsten
Zylinder zu bestimmen.
-
In 4 ist
eine Auftragung interessierender Parameter während des Starts gezeigt, wobei
konventionelle (nur zeitbasierte) Zündung verwendet wird, um einen
V6 Motor zu steuern. Signalgrößen wurden
normiert, so dass die Kurven der Signale gemeinsam betrachtet werden
können. 4 und 5 sind im gleichen Maßstab dargestellt, um objektiven
Vergleich beider Verfahren zu ermöglichen.
-
Motorgeschwindigkeit (RPM), Kohlenwasserstoffe
(HCPPM), die in Zylinder 1 eingespritzte Kraftstoffmasse
(MFINJ1) und die seit Start verstrichene Zeit (ATMRL1) werden aufgetragen,
um typische Signalkurven während
eines Kaltstartes zu zeigen. Man beachte das Verhältnis zwischen
den Signalen. Die eingespritzte Kraftstoffmasse beginnt mit großen Werten
und nimmt mit der Zeit ab, sie folgt einer durch eine Tabelle beschriebenen
Kurve mit den Werten der Motorkühlmitteltemperatur
und der seit dem Start verstrichenen Zeit. Der abgegebene Kraftstoff
ist nicht direkt mit der Zahl Zylinderereignisse korreliert. Diese
Näherung
resultiert in höheren
Kohlenwasserstoff (HCPPM) Emissionen, da individuelle Ereignisse
nicht gesteuert werden. Man beachte, dass das Signal ATMR1 linear
steigt und unabhängig
von der Motorgeschwindigkeit und der Zahl Zylinderereignisse ist.
-
In 5 ist
eine Darstellung der gleichen Parameter wie in 4 gezeigt, wobei aber dort Kraftstoffversorgung
auf Basis von Kraftstoff Zylinderereigniszahlen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird. Die Signalgrößen wurden so normiert, dass
die Signalkurven gemeinsam betrachtet werden können. Die Motorgeschwindigkeit
(RPM), die Kohlenwasserstoffe (HCPPM), die in Zylinder 1 eingespritzte
Kraftstoffmasse (MFINJ1) und die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse
(EVTCNT) werden aufgetragen, um typische Signalkurven während einem
Start zu zeigen. Jeder Zylinder besitzt eine einzigartige Variable,
welchen den abgegebenen Kraftstoff beschreibt (MFINJ1-N), allerdings
ist in 5 lediglich die
Einspritzpulsbreite für
Zylinder 1 gezeigt. MFINJ1 ist die eingespritzte Kraftstoffmasse,
um das erwünschte
Lambda herzustellen, die Ausgabe der 2,
Schritt 226. Beachtenswert ist das Verhältnis zwischen den Signalen,
die Änderung
der eingespritzten Kraftstoffmasse auf Basis der Kraftstoff Zylinderereignis
Zahl (EVTCNT). FINJ1 ändert
sich mit jedem 6 Zylinderereignis und folgt einer Kurve,
die durch Berechnung von Lambda, der Ausgabe der 2 in Schritt 224 ermittelt wird. Die
abgegebene Pulsbreite ist mit einem spezifischen synchronisierten
Kraftstoff Zylinderereignis verbunden, welches zu reduzierten Kohlenwasserstoffemissionen
führt,
während
ausreichendes Drehmoment, um den Motor bis zum Leerlauf zu betreiben,
bereitgestellt wird.
-
In 6 ist
eine Tabelle FNEVTCLD gezeigt, die ein Beispiel zeigt, bei dem Kraftstoff
von einem erwünschten
Basis Lambda subtrahiert wird, das auf der Motorkühlmitteltemperatur
und der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl basiert. Die Tabelle wird
dazu verwendet, um den Kraftstoff zu bestimmen, der vom Basis Lambda
für ein
spezifisches Kraftstoff Zylinderereignis subtrahiert wird, während der
Motor mit Kraftstoffsteuerung mit offener Schleife arbeitet. In
der Tabelle sind die Werte der Motortemperatur in °F und Werte
der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl enthalten. Typischerweise sind
die Tabellenspalten mit Abstand angeordnet, um eine Kompensation
der Kraftstoffverdampfung und Kraftstoffverlust zu ermöglichen;
die Zeilenabstände
sind durch die für
die Unterstützung
des Verbrennungsprozesses benötigte
Auflösung
definiert. Allgemein werden Zeilen vorgesehen, um individuelle Zylinderereignisse über eine
Kraftstoff Zylinderereignis Zahl zu steuern.
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Hinsichtlich der Form der Spalten
beginnt die Tabelle, da der Tabellenwert von einem Lambdabasiswert
subtrahiert wird, mit einem Wert und nimmt sodann mit steigender
Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse und Motortemperaturanstieg ab.
Die Form bewirkt eine Kraftstoffanreicherung bei kaltem Motor. Dies
verbessert die Verbrennung, wenn der Motor kalt ist.
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In 7 zeigt
eine Tabelle FNEVTLOST, ein Beispiel für von einem erwünschten
Lambda auf Basis der Motorkühlmitteltemperatur
und der Kraftstoff Zylinderereignis Zahl subtrahiertes Lambda. Die
Tabelle wird dazu verwendet, um den Kraftstoff zu bestimmen, der
vom erwünschten
Lambda für
ein spezifisches Kraftstoff Zylinderereignis subtrahiert wird, während der
Motor in den Steuermodi mit offener Schleife oder geschlossener
Schleife betrieben wird. Die Tabelle beinhaltet Motortemperaturwerte
in °F und
Kraftstoff Zylinderereignis Zahlen. Die Zeit bis zur Kraftstoffsteuerung
im Modus mit geschlossener Schleife variiert abhängig von den Motorbetriebsbedingungen.
Da FNEVTLOST während
Kraftstoffsteuerung mit offener oder geschlossenen Schleife funktioniert,
wird es geeicht, danach wird FNEVTCLD so geeicht, dass beide Tabellen
die erwünschte Funktion
mit offener Schleife liefern. Allgemein werden ausreichend Zeilen
vorgesehen, um individuelle Zylinderereignisse über die ersten zwei Motorzyklen
zu steuern, plus einige zusätzliche
Zeilen. Die zusätzlichen Zeilen
werden dazu verwendet, um den Kraftstoff über eine Zahl Kraft stoff Zylinderereignisse
zu definieren, die Stabilisierung im Verbrennungsprozess reflektieren,
wenn die Zahl Kraftstoff Zylinderereignisse steigt.
-
Wie dem Fachmann ersichtlich, können die
in den 2 und 3 beschriebenen Routinen
eine oder mehrere Arbeitsstrategien repräsentieren, wie Ereignis gesteuerte,
Unterbrechungsgesteuerte, multi-tasking, multi-threading oder der
gleichen. Als solches können
verschiedene Schritte oder Funktionen, die dargestellt sind, in
der dargestellten Sequenz parallel oder in einigen Fällen mit
Auslassungen durchgeführt
werden. In ähnlicher
Weise ist die Abarbeitungs Reihenfolge nicht unbedingt notwendig,
um die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erzielen, sondern
wird lediglich zur Vereinfachung der Illustration und Beschreibung
angegeben. Obwohl nicht explizit dargestellt, ist dem Fachmann offensichtlich,
dass mindestens einer der dargestellten Schritte oder Funktionen
wiederholt – abhängig von
der speziell eingesetzten Strategie – durchgeführt werden kann.
-
Dies schließt die Beschreibung der Erfindung.
Die Lektüre
derselben durch den Fachmann bringt diesem vielfache Änderungen
und Modifikationen nahe, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung
abzuweichen. Bspw. können
I3, I4, I5, V6, V8, V10 und V12 Motoren, die mit natürlichem
Gas, Benzin oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben
werden, die Erfindung vorteilhaft einsetzen. Demzufolge soll der Schutzumfang
der Erfindung nur durch die Ansprüche definiert sein.
-
- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- elektronische
Motorsteuerung
- 30
- Brennraum
- 32
- Zylinderwände
- 38
- Kolben
- 40
- Kurbelwelle
- 44
- Einlassverteiler
- 48
- Abgassammler
- 52
- Einlassventil
- 54
- Abgasventil
- 58
- Drosselkörper
- 62
- Drosselplatte
- 66
- Kraftstoffeinspritzer
- 70
- katalytischer
Konverter
- 76
- Abgassauerstoffsensor
- 88
- verteilerloses
Zündsystem
- 92
- Zündkerze
- 102
- Microprozessoreinheit
- 104
- Ein-
und Ausgänge
- 106
- Read-Only-Memory
- 108
- Random-Access-Memory
- 112
- Temperatursensor
- 114
- Kühlmantel
- 117
- Einlassverteiltemperatursensor
- 118
- Kurbelwellenumdrehungssensor
- 119
- Motorgeschwindigkeitssensor
- 122
- Drucksensor
- 130
- Nockenwelle
- 150
- Nockensensor
- UEGO
- universeller
Sauerstoffsensor
- ECT
- Motorkühlmitteltemperatur
- MAP
- absoluter
Verteilerdruck
- ACT
- Motorluft-/Verteilertemperatur
- CAM
- Nockenpositionssignal
von 150
- PIP
- Zündprofilaufnehmersignal
von 118
- RPM
- Motorgeschwindigkeitssignal
v. 119.
- FPW
- Pulsbreitensignal
- Mcyl
- Motorluftmenge/
Zylinderluftladung
- D
- Verschiebung
des Motors
- R
- Gaskonstante
- T
- Motorlufttemperatur
- Pm
- Verteilerdruck
- ACT
- Motorluftmengentemperatur
- X
- Kraftstoffniederschlag
- Tau
- Zeitkonstante
des Niederschlags
- HCPPM
- Kohlenwasserstoffe
- MFINJ1
- in
Zylinder 1 eingespritzter Kraftstoff
- ATMRL1
- seit
Start verstrichene Zeit
- EVTCNT
- Kraftstoff
Zylinderereignis Zahl.
