DE102007042406B4 - Verfahren zur Berücksichtigung der Ausgasung von Kraftstoff aus dem Motoröl einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Berücksichtigung der Ausgasung von Kraftstoff aus dem Motoröl einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Schmierung mit Motoröl und einer Kraftstoffzufuhr durch Direkteinspritzung, wobei eine Luftzahl Lambda eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer niedrigen Luftzahl Lambda in Fahrzuständen mit einem hohen Anteil von Kraftstoffeintrag aus einer Kurbelgehäuseentlüftung die Brennkraftmaschine in einen Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch überführt wird, wobei die Kraftstoffzufuhr in mehrere Einspritzvorgänge pro Zyklus der Brennkraftmaschine aufgeteilt wird und zur Bewirkung des Betriebszustands mit höherem Kraftstoffverbrauch ein Teil der Einspritzvorgänge in Richtung eines späten Zündwinkels verschoben werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Schmierung mit Motoröl und einer Kraftstoffzufuhr durch Direkteinspritzung, wobei eine Luftzahl Lambda eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs bestimmt wird.
  • Brennkraftmaschinen auf der Basis von Otto-Motoren werden allgemein mit Kraftstoff aus Kohlenwasserstoffen aus fossilen Brennstoffen auf Basis von raffiniertem Erdöl betrieben. Zu diesem Kraftstoff wird vermehrt aus nachwachsenden Rohstoffen (Pflanzen) erzeugtes Äthanol in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen beigemengt. In den USA und Europa wird oft eine Mischung aus 75-85% Äthanol und 15-25% Benzin unter dem Markennamen E85 eingesetzt. Die Brennkraftmaschinen sind so ausgelegt, dass sie sowohl mit reinem Benzin als auch mit Mischungen bis hin zu E85 oder auch reinem Äthanol (E100) betrieben werden können; dies wird mit „Flex-Fuel-Betrieb“ bezeichnet. Für einen sparsamen Betrieb mit einem geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hoher Motorleistung müssen die Betriebsparameter im Flex-Fuel-Betrieb an die jeweilig vorliegende Kraftstoff-Mischung angepasst werden. Beispielhaft liegt ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei 14,7 Massenanteilen Luft pro Anteil Benzin vor, bei Verwendung von reinem Äthanol muss jedoch ein Luftanteil von etwa 9 Massenanteilen eingestellt werden.
  • Die Berücksichtigung des beim Kaltstart in das Motoröl eingetragenen und aus dem Motoröl bei höherer Temperatur verdampfenden Kraftstoffs muss grundsätzlich bei allen Brennkraftmaschinen erfolgen, findet ihren Haupteinsatz jedoch bei Otto-Motoren mit Flex-Fuel-Betrieb.
  • Äthanol und Benzin weisen eine unterschiedliche Verdampfungscharakteristik auf. Äthanol verdampft bei niedriger Temperatur in geringerem Maße als Benzin, so dass beim Kaltstart mehr Äthanol eingespritzt werden muss als bei Verwendung von Benzin. Bei niedriger Umgebungstemperatur in den Wintermonaten tritt dieser Effekt nochmals verstärkt auf. Dies führt dazu, dass beim Kaltstart mit Äthanol und in der Warmlaufphase deutlich mehr Kraftstoff über die Kolbenringe in das Motoröl abgestreift wird. Bei zunehmender Temperatur des Motoröls verdampft dieser Kraftstoff und wird über die Kurbelgehäuseentlüftung der Frischluftzufuhr über das Saugrohr der Brennkraftmaschine beigemengt. Erst in längeren Warmlaufphasen wird der gesamte im Motoröl befindliche Kraftstoff ausgetrieben. Die durch den verdampften Kraftstoff bewirkte zusätzliche Anfettung des Gemischs muss berücksichtigt werden. Insbesondere bei niedrigen Last-Drehzahl-Bedingungen kann diese Anfettung signifikant sein. Im Leerlauf kann bei Betrieb mit Benzin die Gemischanfettung aus der Ausgasung durchaus 30% erreichen. Äthanol verdampft weitgehend bei einer niedrigeren Temperatur als Benzin aus dem Motoröl. Daher kann die Anfettung aus der Ausgasung bei Flexfuel-Betrieb hier noch höher werden. Die Anfettung kann zu gewissen Anteilen durch die Lambdaregelung berücksichtigt werden. Dies kann jedoch in bestimmten Fällen nicht ausreichen und durch das zu fette Gesamtgemisch zu einer Verschlechterung der Abgaswerte mit unerwünscht hohen Werten an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid führen.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2004 008 891 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, welche mit Motoröl geschmiert wird. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt durch Direkteinspritzung, wobei eine Luftzahl Lambda eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs bestimmt wird. Dabei wird der aus dem Motoröl ausgasende Kraftstoff in einer Vorsteuerung berücksichtigt, wodurch zu einer korrigierten Soll-Einspritzmenge gelangt wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, das eine verbesserte Berücksichtigung der Ausgasung von Kraftstoff aus dem Motoröl einer Brennkraftmaschine erlaubt und auch bei hoher Ausgasung von Kraftstoff aus dem Motoröl eine Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs mit geringen Abgaswerten bewirkt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass bei Erkennung einer niedrigen Luftzahl Lambda in Fahrzuständen mit einem hohen Anteil von Kraftstoffeintrag aus einer Kurbelgehäuseentlüftung die Brennkraftmaschine in einen Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch überführt wird. Durch diese Erhöhung des Kraftstoffbedarfs kann der aus dem Motoröl in die Zuluft der Brennkraftmaschine eingetragene Kraftstoff verbrannt werden und eine Erhöhung der Abgaswerte durch unvollständig verbrannten Kraftstoff, wobei typischerweise Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid entsteht, kann vermieden werden. In einer Warmlauf-Phase der Brennkraftmaschine kann so der in das Motoröl eingetragene Kraftstoff verbrannt werden, auch wenn unter bestimmten Temperatur-Zeit-Bedingungen, insbesondere im Teillastbetrieb und im Leerlauf, mehr Kraftstoff im Kraftstoff-LuftGemisch vorliegt als eigentlich zum Betrieb der Brennkraftmaschine benötigt wird. Dabei ist vorgesehen, die Kraftstoffzufuhr in mehrere Einspritzvorgänge pro Zyklus der Brennkraftmaschine aufzuteilen und zur Bewirkung des Betriebszustands mit höherem Kraftstoffverbrauch einen Teil der Einspritzvorgänge in Richtung eines späten Zündwinkels zu verschieben. Dadurch können besonders späte Zündwinkel - wie beispielhaft 20-30 Grad nach dem oberen Totpunkt der Zylinderbewegung - umgesetzt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch ein Betriebszustand mit höherer Motorlast gewählt wird.
  • Das Verfahren kann ohne Einbußen im Fahrkomfort umgesetzt werden, indem der Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch im Wesentlichen dasselbe Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugt wie der vorherige Betriebszustand.
  • Wird zur Bewirkung des Betriebszustands mit höherem Kraftstoffverbrauch der Zündwinkel in Richtung eines späten Zündwinkels verschoben, kann der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verringert und damit der Kraftstoffbedarf erhöht werden, ohne dass sich die abgegebene Leistung und das Drehmoment an der Kurbelwelle erhöhen. Hierdurch kann ohne Beeinträchtigung des Fahrzeugführers das kurzfristig zu hohe Kraftstoffangebot ohne Beeinträchtigung der Abgaswerte verbrannt werden. Bei der Umsetzung der Maßnahme ist zu beachten, dass hierdurch die Abgastemperatur erhöht wird und dass dies zu einer verstärkten Aufheizung des Abgasstrangs mit den dort vorhandenen Komponenten wie Katalysatoren führt. Die Grenzen der Betriebstemperatur dieser Komponenten sind daher zu beachten.
  • Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoff-Gemisch aus Benzin und Äthanol verwendet werden. Insbesondere bei einem Start der Brennkraftmaschine bei niedriger Außentemperatur und/oder Betriebstemperatur und beim Betrieb mit einem äthanolreichen Kraftstoff wie E85 oder E100 ist eine hohe Einspritzmenge erforderlich. Dies bewirkt allerdings einen hohen Eintrag von Kraftstoff in das Motorenöl, da dieser sich an den kalten Zylinderwandungen niederschlägt und von den Kolbenringen in das Motoröl abgestreift wird. In darauffolgenden Betriebsphasen mit höherer Temperatur gast der Kraftstoff aus dem Motoröl aus und wird über die Kurbelgehäuseentlüftung der Zuluft der Brennkraftmaschine zugeführt. Äthanol im Motoröl gast dabei bereits bei niedrigeren Temperaturen als Benzin in größeren Mengen aus, so dass das erfindungsgemäße Verfahren beim Flexfuel-Betrieb mit äthanolreichem Kraftstoff besonders vorteilhaft einsetzbar ist.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Schmierung mit Motoröl und einer Kraftstoffzufuhr durch Direkteinspritzung, wobei eine Luftzahl Lambda eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer niedrigen Luftzahl Lambda in Fahrzuständen mit einem hohen Anteil von Kraftstoffeintrag aus einer Kurbelgehäuseentlüftung die Brennkraftmaschine in einen Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch überführt wird, wobei die Kraftstoffzufuhr in mehrere Einspritzvorgänge pro Zyklus der Brennkraftmaschine aufgeteilt wird und zur Bewirkung des Betriebszustands mit höherem Kraftstoffverbrauch ein Teil der Einspritzvorgänge in Richtung eines späten Zündwinkels verschoben werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch ein Betriebszustand mit höherer Motorlast gewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand mit höherem Kraftstoffverbrauch im Wesentlichen dasselbe Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugt wie der vorherige Betriebszustand.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewirkung des Betriebszustands mit höherem Kraftstoffverbrauch der Zündwinkel in Richtung eines späten Zündwinkels verschoben wird.
  5. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 zum Betrieb einer Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoff-Gemisch aus Benzin und Äthanol.
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