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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechsel des Betriebsmodus eines
Verbrennungsmotors von einem Betriebsmodus mit Fremdzündung des
Motors in einen Betriebsmodus mit Selbstzündung des Motors.
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Moderne
Verbrennungsmotoren sind in der Lage, in unterschiedlichen Verbrennungsmodi
betrieben zu werden. Als Beispiel seien der Wechsel zwischen stöchiometrischem
fremd gezündeten Homogenbetrieb und magerem Schichtladebetrieb
oder dem kontrollierten Selbstzündungsverfahren (Controlled
Auto Ignition-Verfahren bzw. CAI-Verfahren) genannt. Letzteres zeichnet
sich dadurch aus, dass mageres homogenes Luft-Kraftstoff-gemisch
kontrolliert zur Selbstzündung gebracht wird, ohne dass
dabei nennenswerte NOx-Emissionen emittiert werden. Die Entzündung
wird initiiert durch heißes im Zylinder zurückgehaltenes
Abgas und der Zunahme von Druck und Temperatur während
der Kompressionsphase. Es ist naheliegend, dass die Kraftstoffqualität für
das jeweilige Brennverfahren eine wichtige Rolle spielt. Dies betrifft
generell die Lage und Größe des Betriebsbereichs
eines Brennverfahrens, im Besonderen die Verbrennungsregelung und
damit den Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten des Motors.
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Aus
dem Stand der Technik, wie er in der
US 7
073 466 offenbart ist, ist ein Verfahren zum Regeln eines
Verbrennungsprozesses einer HCCI-Brennkraftmaschine bekannt. Die
Brennkraftmaschine kann dabei zumindest in bestimmten Betriebszuständen
mit einer kontrollierten Selbstzündung (HCCI-Modus) betrieben
werden. Bei der kontrollierten Selbstzündung wird ein realer
Verbrennungsprozess und ein modulierter Verbrennungsprozess ständig miteinander
verglichen, wobei die Differenz zwischen Ausgangsgrößen
des realen Verbrennungsprozesses zu dem modulierten Verbrennungsprozess
zurückgeführt und diesem nachgezogen werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen zum Wechsel
zwischen einem Betriebsmodus in dem bei dem Motor eine Fremdzündung
durchgeführt wird und einem Betriebsmodus in dem bei dem
Motor eine kontrollierte Selbstzündung durchgeführt
wird.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst, indem ein Verfahren zum Wechsel des
Betriebsmodus bei einem Verbrennungsmotor bereitgestellt wird, in
dem zwischen einem Betriebsmodus mit Fremdzündung des Motors
und einem Betriebsmodus mit Selbstzündung des Motors umgeschaltet werden
kann. Dabei wird ein erstes Kennfeld bereitgestellt, in welchem
wenigstens ein Bereich angegeben ist, in dem eine geeignete Selbstzündung
des Motors durchführbar ist. Nach dem Motorstart wird daher
bestimmt, ob der Motor einen Betriebspunkt erreicht hat, der in
diesem Bereich des ersten Kennfeldes liegt, um den Motor dann in
den Betriebsmodus zu schalten, in dem zuverlässig eine
Selbstzündung durchgeführt werden kann. Dies hat
den Vorteil, dass der Motor zu einem frühen Zeitpunkt in
den Betriebsmodus mit Selbstzündung umgeschaltet werden kann,
da hierzu ein Kennfeld verwendet wird, das wenigstens einen Bereich
aufweist, in dem zuverlässig eine kontrollierte Selbstzündung
des Motors durchgeführt werden kann. Wird stattdessen erst
dann umgeschaltet, wenn beispielsweise eine Klopfregelung zuverlässige
Informationen über die Kraftstoffqualität des
Fahrzeugs liefert, wie dies im Stand der Technik normalerweise gemacht
wird, so kann dies bei einem entsprechenden Fahrverhalten unter
Umständen sehr lange dauern, weil der Motor in keinem klopfrelevanten
Betriebsbereich betrieben wird. Dadurch geht unter Umständen
wertvolles Potential durch den nicht aktivierten Alternativbetrieb
verloren. Im Gegensatz dazu benötigt das erfindungsgemäße
Verfahren nicht die Informationen aus der Klopfregelung für
ein erstes Umschalten in den Betriebsmodus mit Selbstzündung
nach dem Start des Motors.
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Weitere
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
aufgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist in dem ersten Kennfeld der Bereich für
den Betriebsmodus mit Selbstzündung so gewählt,
dass ein Betriebspunkt des Motors in diesem Bereich eine ausreichende
Umschaltsicherheit gewährleistet und ein stabiler Motorbetrieb
für einen vorbestimmten Kraftstoffqualitätsbereich
bereitgestellt wird. Der Kraftstoffqualitätsbereich kann
hierbei so gewählt werden, dass dabei die gängigen
verwendeten Kraftstoffe abgedeckt sind. Dies hat den Vorteil, dass
dadurch eine zuverlässige Selbstzündung des Motors
auch bei schlechteren Kraftstoffqualitäten gewährleistet
ist. Vorzugsweise wird die Umschaltung in den Betriebsmodus mit
Selbstzündung dabei so gelegt, dass der Fahrkomfort für
einen Fahrer nicht beeinträchtigt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform erfolgt zunächst
eine Voranpassung von Betriebsparametern, wenn der Betriebspunkt
in einen Bereich fällt, in dem eine Selbstzündung
des Motors möglich ist. Bei der Voranpassung können
verschiedene Ausgangsgrößen berücksichtigt
werden, um auf deren Basis die Betriebsparameter geeignet anzupassen.
Dies hat den Vorteil, dass nach dem Umschalten in den Betriebsmodus
mit einer Selbstzündung des Motors bereits vorab soweit
optimiert Betriebsparameter vorliegen, wie es bis dahin bekannte
Ausgangsgrößen zulassen. Solche Ausgangsgrößen
sind beispielsweise die Klopffestigkeit und Flüchtigkeit,
sowie die Qualität des Kraftstoffs usw.. Dabei kann unter
zur Hilfenahme beispielsweise eines Kennfeldes für einen
Referenzkraftstoff auf den vorhandenen Kraftstoff zurückgeschlossen
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann nach dem Umschalten in den
Betriebsmodus mit Selbstzündung des Motors eine Druckverlaufsanalyse
und eine Feinanpassung der Betriebsparameter durchgeführt
werden. Dies hat den Vorteil, dass durch die Druckverlaufsanalyse
beispielsweise gezieltere Rückschlüsse auf Ausgangsgrößen,
wie beispielsweise die Kraftstoffqualität, den Druckgradienten
usw. möglich sind und dem entsprechend die Betriebsparameter
genauer angepasst werden können.
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Die
Erfindung wird anhand einer Ausführungsform in den beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
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1 ein
Ablaufdiagramm einer Motorsteuerung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung, und
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2 eine
Druckverlaufsanalyse am Beispiel eines CAI-Prozesses.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden am
Beispiel des (sensiblen) CAI-Verbrennungsprozesses aufgezeigt, wobei
das Verfahren aber ebenso auf andere Verbrennungsmodi angewendet
werden kann. Der CAI-Prozess wird manchmal auch als HCCI-Modus (Homogenous
Charge Compression Ignition), als ATAC (Active Thermo Atmosphere
Combustion) oder als TS (Toyota Soken) bezeichnet.
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Moderne
Motorsteuerungen beinhalten Funktionen wie die Klopfregelung und
die Kraftstoffqualitätserkennung (Motorhochlaufbewertung,
Verdampfungstemperaturbestimmung). Die vorliegende Erfindung bezieht
diesen Stand der Technik mit ein und liefert signifikante Neuerungen
in Bezug auf die Beherrschung des Verbrennungsprozesses. Dabei stehen
erstmalig die Umschaltungen zwischen homogenen SI-(spark ignited)
und einem alternativen Brennverfahren nach einem Betankungsvorgang,
im Hinblick beispielsweise auf Komfort und Emissionsneutralität,
im Mittelpunkt, die durch die Entwicklung gemäß dem
Stand der Technik nicht ausreichend gestaltet werden können.
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In 1 ist
ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Regelung des Wechsels des Betriebsmodus bei einer
Brennkraftmaschine dargestellt. Die Brennkraftmaschine kann dabei
jede Art von einem geeigneten Verbrennungsmotor sein. Das erfindungsgemäße
Verfahren setzt zunächst bei einer Betankung des Fahrzeugs
ein. Dabei kann der Tank vor dem Betanken im Wesentlichen leer sein
oder auch eine Restmenge an Kraftstoff aufweisen, zu welchem neuer
Kraftstoff hinzugefüllt wird. Dabei wird die Qualität des
Kraftstoffs im Tank bestimmt bzw. ein Bereich der Kraftstoffqualität
abgeschätzt.
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Da
die Kraftstoffzusammensetzung unter anderem von der Rohölqualität
und dem jeweiligen Raffinerieprozess abhängt, gibt es nur
eine begrenzt exakte chemische Definition von Ottokraftstoff, die durch
DIN-Vorschriften eingegrenzt wird. Zu dem werden Tankstellen in
Regionen mit größeren saisonalen Temperaturschwankungen über
das Jahr hin mit unterschiedlichen Kraftstoffsorten beliefert, nämlich
leichtem flüchtigem Winterkraftstoff und weniger flüchtigem
Sommerkraftstoff. Es werden bestimmte Kenngrößen
dazu verwendet, die Kraftstoffqualität zu spezifizieren.
Hierzu gehören beispielsweise die Research Oktan Zahl ROZ,
die Motor Oktan Zahl MOZ, die Cetanzahl und der Dampfdruck RVP (Reid
Vapour Pressure). Die Research Oktanzahl ROZ beschreibt die unkontrollierte
Zündwilligkeit des Kraftstoffs im Hinblick auf die Klopffestigkeit.
Die Cetanzahl, die üblicherweise zur Beschreibung von Dieselkraftstoffen
verwendet wird oder einer daran angelehnte Größe,
kann auch bei Ottokraftstoff zur Beschreibung für das mögliche
Verhalten bei der Initiierung einer Selbstzündung im Hinblick
auf das Zündverhalten herangezogen werden. Um vergleichbare Verhältnisse
zu schaffen wird, während der Entwicklungsphase eines Motors
bzw. einer Motorsteuerung, zur Kennfeldbedatung Referenzkraftstoff
verwendet, dessen Kraftstoffqualität bzw. -zusammensetzung bekannt
ist. In der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise eine Bedatung,
vorzugsweise eine Komplettbedatung, des Betriebsbereichs mehrerer
oder eines jeden Verbrennungsbetriebsmodus für wenigstens
einen oder mehrere Referenzkraftstoffe bereitgestellt. Im praktischen
Fahrbetrieb ist jedoch davon auszugehen, dass neben dem Referenzkraftstoff auch
andere insbesondere schlechtere Kraftstoffqualitäten getankt
werden. So ist in Europa mit einer Research Oktanzahl(ROZ)-Bandbreite
von etwa 90 bis 100 zu rechnen. Dieser Unterschied wirkt sich gerade im
CAI-Betrieb signifikant auf den Entflammungszeitpunkt aus.
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An
einem Beispiel soll nun der Fall näher erläutert
werden, indem sich eine Restmenge an Kraftstoff in dem Tank befindet.
Der Tankinhalt des Tanks umfasst dabei beispielsweise 80 L, wobei
sich eine Restmenge an Kraftstoff in dem Tank von 40 L befindet,
von dem man weiß, dass dieser Kraftstoff beispielsweise
eine Research Oktanzahl ROZ 95 aufweist. Zu dieser Restmenge an
Kraftstoff wird nun beispielsweise 40 L neuer Kraftstoff hinzugefüllt,
wobei die genaue Qualität dieses Kraftstoffs nicht bekannt
ist. Um die Qualität des gesamten Kraftstoffs im Tank in
Schritt S1 zumindest in einer ersten Näherung zu bestimmen,
wird zunächst der Bereich abgeschätzt, in welchem
die Qualität des neu hinzugefüllten Kraftstoffs üblicherweise
liegt. Die Qualität dieses Kraftstoffs liegt bei den normalerweise
in Europa verwendeten Kraftstoffen, wie oben genannt, beispielsweise
in einem Bereich von 90 bis 100 Oktan. Grundsätzlich ist
die Erfindung aber nicht auf diesen Bereich beschränkt,
sondern der Bereich sollte beispielsweise derart gewählt
sein, dass er zumindest den Bereich üblich verwendeter
Kraftstoffe im Wesentlichen abdeckt.
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Für
den Oktangehalt ergibt sich nach dem Tanken für die gesamte
Menge an Kraftstoff im Tank, eine Kraftstoffqualität bzw.
ein Oktangehalt der in einem Bereich von 92,5 bis 97,5 Oktan liegt.
Dabei wird anteilsmäßig der Restkraftstoff und
der neu hinzugefügte Kraftstoff berücksichtigt.
Auf diese Weise kann die bekannte Güte des vor dem Betankungsvorgang noch
im Tank befindlichen Kraftstoffs mit einfließen und per
anteiligem Mischungsverhältnis berücksichtigt
werden, so dass die Qualität des im Tank enthaltenen Kraftstoffs
genauer abgeschätzt werden kann. Wäre der Tank
im zuvor beschriebenen Fall vor dem Tanken im Wesentlichen leer
gewesen, so würde die Qualität des getankten Kraftstoffs
im Tank unverändert in dem angenommenen Bereich von 90
bis 100 Oktan liegen. Auf diese Weise wird also in Schritt S1 nach
dem Betanken zunächst der Bereich eingegrenzt, in dem die
Qualität des Kraftstoffs liegt, der sich im Tank des Fahrzeugs
befindet.
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Eine
Möglichkeit ist es nun den Wechsel in den Alternativbetriebsmodus,
d. h. den CAI-Betriebsmodus mit kontrollierter Selbstzündung,
zunächst gänzlich zu sperren und den Motor ausschließlich
im homogenen SI-Betriebmodus (Fremdzündung des Motors)
zu fahren. Der Betriebsmoduswechsel kann dabei erst freigegeben
werden, wenn beispielsweise die Klopfregelung eine verlässliche
Information bezüglich der Kraftstoffqualität zur
Verfügung gestellt hat. Dies kann, wie zuvor beschrieben,
bei einem entsprechenden Fahrverhalten unter Umständen
sehr lange dauern kann. Eine Möglichkeit gemäß der
Erfindung besteht nun darin, den Betriebsmoduswechsel nach der Betankung
nicht zu verbieten und auf eine verlässliche Information
der Klopfregelung zu warten. Stattdessen wird in den Schritten S2
und S3 zunächst bestimmt, ob das Fahrzeug bzw. der Motor in
einen CAI-Betriebsmodus geschaltet werden kann. Hierzu wird in dem
Schritt S3 anhand eines ersten Kennfeldes bestimmt, ob das Fahrzeug
bzw. der Motor einen Betriebspunkt erreicht hat, indem zuverlässig
der CAI-Betriebsmodus durchgeführt werden kann.
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Statt
also nach dem Motorstart eine Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus
zu sperren und auf das Ergebnis aus der Klopfregelung zu warten, wird
eine erste Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus in einem Bereich
durchgeführt, der als Minimalbetriebsbereich in einem ersten
Kennfeld abgelegt ist und beispielsweise eine ausreichend große
Umschaltsicherheit und vorzugsweise einen im Wesentlichen als stabil
zu erwartenden Motorbetrieb kennzeichnet. Ein als stabil zu erwartender
Motorbetrieb sollte hierbei beispielsweise für den minimalen
und maximalen Wert der zu erwartenden Kraftstoffqualität gegeben
sein, also beispielsweise bei 90 bis 100 Oktan. Das heißt,
der zu erwartende Zielbetriebspunkt nach dem Betriebsmoduswechsel
ist beispielsweise so robust, dass auch alle gängigen Kraftstoffqualitäten
sicher entflammt werden und zum gewünschten Brennverlauf
führen. Vorzugsweise erfolgt die erste Umschaltung in diesem
Zielbereich bei einem im Hinblick auf die Komforterwartung des Fahrers
unkritischen Lastpunktwechsel. Dies hat den Vorteil, dass die Umschaltung
in den CAI-Betriebsmodus mit größter Sicherheit
unauffällig gegenüber der Fahrererwartung ist
bzw. von diesem praktisch nicht wahrgenommen wird.
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Das
erste Kennfeld anhand dem bestimmt wird, ob der Motor einen Betriebspunkt
in einem robusten CAI-Bereich hat (Schritt S3) ist in 1 dargestellt.
In dem ersten Kennfeld ist der Betriebspunkt bzw. der Bereich von
Betriebspunkten des robusten CAI-Bereichs in Abhängigkeit
von dem Drehmoment und der Drehzahl eingezeichnet. In dem eingezeichneten
Bereich ist dabei eine kontrollierte Selbstzündung auch
bei einer ungünstigen Kraftstoffqualität möglich.
Ein Bereich für einen robusten CAI-Betrieb für
eine kontrollierte Selbstzündung liegt beispielsweise bei
einer Drehzahl im Bereich von 2000–2500 U/min und einem
Drehmoment von 30–60 Nm (bei einem 1,8 L 4-Zylindermotor).
Diese Bereichsangaben und der Motor sind jedoch lediglich beispielhaft
und die Erfindung ist keineswegs darauf beschränkt. Grundsätzlich
kann der Bereich für die Drehzahl auch kleiner oder größer
als der vorgenannte Bereich gewählt werden, entsprechendes
gilt für den Bereich des Drehmoments. Entscheidend ist,
dass der Bereich so abgegrenzt ist, dass eine im Wesentlichen zuverlässige
Selbstzündung für einen vorbestimmten Kraftstoffqualitätsbereich
möglich ist.
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Nach
dem Start des Motors liegt das Fahrzeug mit seinem Betriebspunkt
normalerweise nicht sofort in diesem Bereich, so dass das Fahrzeug
bzw. dessen Motor zunächst mittels Fremdzündung,
beispielsweise mittels Zündkerzen, gezündet wird.
Es wird jedoch während des Fahrbetriebs wiederholt abgefragt,
ob gemäß Schritt S3 der Motor einen Zielpunkt
erreicht hat, der in den robusten CAI-Bereich fällt. Sobald
dies in Schritt S3 festgestellt wird, erfolgt eine Umschaltung in
den CAI-Betriebmodus (Schritte S4, S5) und damit eine Selbstzündung
des Motors. Dabei wird, nachdem zunächst in Schritt S3
festgestellt wurde, dass das Fahrzeug einen robusten CAI-Ziel-punkt
erreicht hat, eine Voranpassung von wenigstens einem oder mehreren
Betriebsparametern in einem Schritt S4 durchgeführt, um
die kontrollierte Selbstzündung des Motors vorab zusätzlich
zu verbessern.
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Um
trotz Qualitätsunterschieden bei dem Kraftstoff einen Wunsch-
bzw. Sollbrennverlauf zu realisieren, muss die Motorsteuerung eine
entsprechende Anpassung bzw. Korrektur von Betriebsparametern vornehmen.
Dabei kann wenigstens ein geeigneter Betriebsparameter oder eine
Kombination aus wenigstens zwei oder mehr Betriebsparametern, wie
sie beispielsweise im folgenden aufgeführt werden, zunächst
vorangepasst werden. Beispiele für solche Betriebsparameter
sind im folgenden aufgeführt:
- – Anpassung
des Einspritztimings und der Einspritzmenge
- – Lambdavariation
- – Anpassung der Abgasrückführrate
- – Anpassung der Vorhomogenisierung in der Zwischenkompression
(Voreinspritzung)
- – Anpassung des Zündzeitpunkts
- – Zündunterstützung durch Zündkerze
bei Selbstzündungsprozessen
- – Ansaugluftvorwärmung/-kühlung
- – Anpassung der Steuerzeiten variabler Ventiltriebe
- – Ansteuerung eines Lufttaktventils usw.
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Die
Aufzählung ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend.
Dabei können a priori Kenntnisse aus dem konventionellen
Fahrbetrieb (homogener SI-Betrieb) für den Umschaltvorgang
und die Qualität des Kraftstoffs bzw. die Kraftstoffbeschaffenheit
ermittelt werden, um daraufhin die Betriebsparameter entsprechend
anzupassen. Zu den a priori Kenntnissen gehören dabei Parameter
wie die Klopffestigkeit des Kraftstoffs, die Flüchtigkeit
des Kraftstoffs, den zuvor erwähnten Kennfeldbereich für
den robusten CAI-Betriebsmodus, die Einschränkung des Kraftstoffqualitätsbereichs
anhand der gängigen verwendeten Kraftstoffe, die Standdauer
des Fahrzeugs, die Umgebungstemperatur, die Dauer seit dem letzten Umschaltvorgang
usw..
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Die
nähere Bestimmung der Kraftstoffqualität für
die Anpassung der Betriebsparameter wird dabei im folgenden kurz
beschrieben. Die Klopfregelung im fremd gezündeten SI-Betrieb
erkennt im aktiven Zustand mit Hilfe von Klopfsensoren beispielsweise
die charakteristischen hochfrequenten Körperschallschwingungen
und reagiert mit einer Verstellung des Zündwinkels in Richtung
spät, sobald ein Klopfereignis detektiert wird. Ausgehend
von dem Referenzkennfeld, das mit Referenzkraftstoff ermittelt wurde,
ist das Maß des Zündwinkelrückzugs ein Indikator
für die Klopffestigkeit und damit auch beispielsweise für
die oben genannte Research Oktankzahl ROZ oder die Motor Oktanzahl
MOZ bzw. die Qualität des Kraftstoffs. Grundsätzlich
ist aber auch jedes andere Verfahren denkbar, um die Kraftstoffqualität
zu bestimmen oder zumindest genauer einzugrenzen. Des Weiteren ist
auch denkbar, dass der Fahrer beispielsweise beim Tanken selbst
die Oktanzahl eingibt. Weiter kann neben der Kraftstoffqualität auch
der Dampfdruck RVP (Reid Vapor Pressure) mit berücksichtigt
werden, um die Betriebsparameter geeignet voranzupassen. Diese Aufzählung
ist aber nur beispielhaft und nicht abschließend. Grundsätzlich geht
es bei der Voranpassung der Betriebsparameter darum, vor dem Umschalten
in den CAI-Betriebsmodus bekannte bzw. vorhandene Ausgangsgrößen, wie
eben den Dampfdruck, die Kraftstoffqualität usw., mit denen
der nachfolgende CAI-Betriebsmodus beeinflusst werden kann, soweit
bei der Voranpassung von Betriebsparametern zu berücksichtigen,
dass wenn in den CAI-Betriebsmodus umgeschaltet wird, dieser vorab
soweit als möglich bereits optimiert worden ist. Prinzipiell
ist es aber auch möglich den Schritt S4 zu überspringen
und eine Anpassung der Betriebsparameter erst nach dem Umschalten
in den CAI-Betriebsmodus vorzunehmen, wie im folgenden in Schritt
S6 mit Bezug auf die Feinanpassung beschrieben wird.
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Nach
der ersten Voranpassung in Schritt S4 von Betriebsparametern, wie
sie oben beispielsweise aufgeführt sind, erfolgt anschließend
in Schritt S5 das Umschalten des Motors in den CAI-Betriebsmodus. Anzumerken
ist dabei, dass bei diesem CAI-Betriebsmodus beide Fälle
mit umfasst sind, nämlich einmal der Fall in dem eine Selbstzündung
des Motors ohne Unterstützung durch eine Zündeinrichtung ausgeführt
wird und einmal der Fall in dem die Selbstzündung des Motors
mit Unterstützung durch eine Zündeinrichtung,
wie beispielsweise Zündkerzen, ausgeführt wird.
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Nach
dem Umschalten in den CAI-Betriebsmodus (Schritt S5) werden die
ersten Verbrennungen unmittelbar danach in einem Schritt S6, beispielsweise
in Bezug auf den Druckverlauf, beim CAI-Betrieb insbesondere in
Bezug auf den Druckgradienten nach der Kraftstoffentflammung, analysiert
und beispielsweise der Zündzeitpunkt, das akustische Verhalten,
die Brenndauer, die Emission, die Kraftstoffqualität (Zündwilligkeit)
usw. bewertet. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Feinanpassung wenigstens
eines oder mehrerer Betriebsparameter zur weiteren Optimierung des
Selbstzündungsprozesses, wobei wenigstens einer oder mehrere
der zuvor genannten Parameter, wie beispielsweise die festgestellte
Kraftstoffqualität dabei berücksichtigt werden.
Beispiele für solche Betriebsparameter wurden zuvor bereits genannt,
für die Feinanpassung können dabei dieselben Betriebsparameter
berücksichtigt werden, wie für die Voranpassung
in Schritt S5, oder auch zumindest teilweise andere Betriebsparameter,
die den Selbstzündungsprozess des Motors beeinflussen.
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Die
Feinanpassung der Betriebsparameter in Schritt S6 erfolgt dabei
derart, dass für den jeweiligen festgestellten Betriebspunkt
beispielsweise dessen Druckverlauf eingestellt wird, auf Basis eines
betriebspunktabhängigen Solldruckverlaufs aus einem entsprechenden
Kennfeld. Die Betriebspunkte, bei denen eine geeignete Selbstzündung
möglich ist, werden validiert und in einem zweiten Kennfeld
abgespeichert, wie es in 1 dargestellt ist (Schritt S7). Dadurch
ist es möglich nicht nur eine Selbstzündung in
dem robusten CAI-Bereich durchzuführen sondern auch in
anderen Bereichen, wie in dem nachfolgenden zweiten Kennfeld gezeigt
ist. Dabei kann ebenfalls die Kraftstoffqualität näher
oder noch genauer wie in der Voranpassung bestimmt werden, um Betriebsparameter
entsprechend anzupassen.
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Ottokraftstoff
besteht aus unterschiedlich leicht flüchtigen Bestandteilen,
so dass über die Zeit Anteile verdampfen und sich die Kraftstoffzusammensetzung
verändert. Begünstigt wird dies insbesondere durch
lange Standzeiten des Fahrzeugs und hohen Umgebungstemperaturen.
Diese Parameter werden, wie zuvor genannt, wahlweise ebenfalls mit berücksichtigt,
wenn die Betriebsparameter angepasst werden.
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Die
Kraftstoffqualitätserkennung, als Funktion in der Motorsteuerung,
erkennt aus dem Hochlaufverhalten des Motors beim Start die Kraftstoffqualität und
nimmt entsprechend Korrekturen vor, wie im nachfolgenden mit Bezug
auf 2 beschrieben wird. Eine andere Möglichkeit
zur Bestimmung der Flüchtigkeit des Kraftstoffs besteht
beispielsweise darin, einen Temperatursensor mit einer definierten Kraftstoffmenge
bekannter Temperatur gezielt zu benetzen. Die dabei gemessene Abkühlung
des Sensorelements ist ein Maß für die Flüchtigkeit
des Kraftstoffs. Diese Kraftstoffqualität und Zusammensetzung
werden im fahrtechnischen Betrieb quasi online für die
optimalen Ansteuerparameter für jeden Betriebspunkt ermittelt
und in entsprechenden Kennfeldern in der Motorsteuerung abgespeichert.
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Ein
solches hier zweites Kennfeld ist in 1 dargestellt.
Darin ist der jeweilige Betriebsparameter, wie oben aufgeführt,
in Abhängigkeit von der Research Oktanzahl ROZ und dem
Dampfdruck, in Form eines 3D-Kennfeldes dargestellt. Dabei ist gleichzeitig
der jeweilige kraftstoffqualitäts- und -zusammensetzungsabhängige
(maximale) Betriebsbereich dargestellt für die jeweiligen
Betriebsparameter und deren Betriebspunkte. Wie aus dem zweiten Kennfeld
entnommen werden kann, sind für verschiedene Research Oktanzahlen
und Dampfdrücke (RVP) Betriebspunkte validiert und entsprechend
abgespeichert, bei denen eine kontrollierte Selbstzündung
durchführbar ist, obwohl die Research Oktanzahl und/oder
der Dampfdruck (RVP) für sich gesehen keinen für
eine Selbstzündung optimalen Wert aufweisen. Dies wird
aber durch eine entsprechende Anpassung der Betriebsparameter in
dem jeweiligen Betriebspunkt ausgeglichen, die so angepasst werden,
dass trotz einer ungünstigen Research Oktanzahl bzw. einem
ungünstigen Dampfdruck (RVP) eine zuverlässige,
kontrollierte Selbstzündung möglich ist. Eine
Validierung dieser Betriebspunkte, bei denen eine kontrollierte
Selbstzündung des Motors durchführbar ist und
eine entsprechende Abspeicherung dieser Betriebspunkte in dem zweiten
Kennfeld erfolgt, wie zuvor beschrieben, in Schritt S7. Der Betriebsbereich
wird fahrtechnisch validiert und der maximale Betriebsbereich einer
Betriebsart oder -strategie auf diese Weise ermittelt. Die Ermittlung
erfolgt dabei vorzugsweise online während des Fahrbetriebs.
Dabei wird beispielsweise ein maximaler Betriebsbereich für
den neuen Kraftstoff bzw. ein Kraftstoffgemisch im Tank abgesteckt.
Da in diesen Betriebspunkten eine zuverlässige Selbstzündung
möglich ist, ist eine Betriebsmodusschaltung nur aus validierten
Betriebspunkten heraus erlaubt.
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Bei
einem erneuten Motorstart kann daher in einem Schritt S2* direkt
bestimmt werden, ob das Fahrzeug bzw. der Motor in den CAI-Betriebsmodus geschaltet
wird, indem in einem Schritt S3* anhand des zweiten Kennfeldes bestimmt
wird, ob das Fahrzeug einen Betriebspunkt erreicht hat, der validiert
ist oder nicht. Ist der Betriebspunkt validiert, so kann in den
CAI-Betriebsmodus geschaltet werden oder in diesem verblieben werden,
sofern der Motor bereits in dem CAI-Betriebsmodus ist. Ist der zu
erwartende Betriebspunkt bzw. Zielpunkt bei der Umschaltung nicht
validiert, wird die Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus mit Selbstzündung
des Motors blockiert und stattdessen der Betriebsmodus mit Fremdzündung
des Motors durchgeführt bzw. der Betriebsmodus mit Fremdzündung
beibehalten, sofern sich der Motor in diesem Betriebmodus bereits
befindet.
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In 2 ist
eine Druckverlaufsanalyse, wie sie in Schritt S6 in 1 beispielsweise
durchgeführt werden kann, am Beispiel eines CAI-Prozesses
gezeigt. In dem Diagramm ist ein Druckverlauf bei Volllast bei einer
Fremdzündung (SI) dargestellt und ein Kompressionsverlauf.
Des Weiteren sind verschiedene Druckverläufe in einem CAI-Betriebsmodus
dargestellt. Dabei ist einmal ein optimaler Druckverlauf dargestellt
mit einem idealen Durckanstiegsgradienten. Des Weiteren sind zwei
Fälle dargestellt, in denen der Druckanstieg im CAI-Betriebsmodus
von dem Idealfall abweicht. Hierbei müssen entsprechende
Betriebsparameter geeignet nachjustiert bzw. eingestellt werden,
um den Druckverlauf so zu verändern, dass dieser dem idealen
Druckverlauf angenähert wird.
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In
dem ersten Fall steigt der Druckanstieg zu stark an, d. h. der Druckanstiegsgradient
ist zu hoch, so dass ein zu früher Verbrennungsstart einsetzt
und daher die Gefahr einer Motorschädigung besteht. In dem
zweiten Fall steigt der Druckverlauf nicht stark genug an, d. h.
der Druckanstiegsgradient ist zu niedrig. Dadurch setzt der Verbrennungsstart
zu spät ein und es erfolgt hierdurch eine ineffiziente
Verbrennung.
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In
dem ersten Fall, bei einem zu hohen Druckanstiegsgradienten, können
folgende Gegenmaßnahmen im Rahmen beispielsweise der Feineinstellung
in Schritt S6 ergriffen werden. So kann die Abgasrückführrate
entsprechend erhöht werden. Des Weiteren kann die Voreinspritzmenge
verringert werden. Außerdem kann die Ansaugluftmenge erhöht werden.
Weiter kann die Einblasmenge des Lufttaktventils erhöht
werden. Diese Maßnahmen sind lediglich beispielhaft und
die Aufzählung ist nicht abschließend. In dem
zweiten Fall, bei dem der Druckanstiegsgradient zu niedrig ist,
können die folgenden Gegenmaßnahmen beispielsweise
im Rahmen der Feineinstellung in Schritt S6 getroffen werden. So kann
zum Beispiel die Abgasrückführrate (AGR-Rate)
verringert werden. Weiter kann die Voreinspritzmenge erhöht
werden. Des Weiteren kann mittels Zündkerzen eine Zündunterstützung
erfolgen. Außerdem kann die Lufteinblassmenge verringert
werden. Dieses sind jedoch ebenfalls lediglich einige Beispiele
für Maßnahmen die getroffen werden können,
wobei die Aufzählung nicht abschließend ist.
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Der
Betriebspunkt wird, wie zuvor beschrieben, in dem zweiten Kennfeld
für den jeweiligen Betriebsparameter abgespeichert. Des
Weiteren können zusätzlich auch die entsprechenden
Feinanpassungen zu dem jeweiligen Betriebspunkt abgespeichert werden
und beispielsweise bei dem Erreichen dieses Betriebspunktes abgerufen
werden und es kann daraufhin eine entsprechende Voranpassung der
Betriebsparameter erfolgen. Nach dem Umschalten in den CAI-Betriebsmodus
kann dann wieder eine erneute Feinanpassung von Betriebsparametern
beispielsweise im Rahmen der Druckverlaufanalyse durchgeführt
werden und diese wieder abgespeichert werden, wie zuvor bereits
beschrieben wurde.
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Gemäß der
Erfindung soll ein Verfahren aufgezeigt werden, dass die Kraftstoffqualität
bewertet, den Verbrennungsprozess des jeweiligen Moduls darauf hin
optimiert und eine sichere Ermittlung des Betriebsbereichs ermöglicht.
Der Hauptvorteil des Verfahrens liegt hierbei darin, dass die Kraftstoffqualität
erkannt und der neue Betriebsmodus unverzüglich daran angepasst
werden kann, so dass der gewünschte Sollbrennverlauf realisiert
wird. Dies ist Voraussetzung für ein effizientes, verbrauchs-
und emissionsoptimales Brennverfahren. Durch das Adaptionsverfahren
bzw. das Vor- bzw. Feinanpassen wird qualitäts- und zusammensetzungsunabhängig der
maximale Betriebsbereich eines jeden Betriebsmodus abgesteckt, Umschaltungen
erfolgen dabei nur in validierten Betriebspunkten. Dadurch kann
verhindert werden, dass eine Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus
bei einem Betriebspunkt erfolgt, in dem eine Selbstzündung
bei dem Motor nicht ausreichend zuverlässig durchgeführt
werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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