DE102008062911A1 - Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein exemplarunabhängiges Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wobei ohne betriebsbereite Lambdasonden/ohne für den betrachteten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine selektiv arbeitende mindestens eine Lambdasonde bestimmt werden kann, ob die Verbrennungskraftmaschine grundsätzlich oder ein Zylinder der Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines unerwünscht unterstöchiometrischen oder überströchiometrischen Kraft-Luft-Verhältnisses betrieben wird, wobei ohne das Anfahren von bestimmten Grenzen das Kraftstoff-Luft-Verhältnis korrigiert werden kann, wobei nicht unnötig viele Schadstoffe an die Umwelt abgegeben werden und möglichst keine Erhöhung der Laufunruhe erfolgt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine auch ohne betriebsbereite Lambdasonden oder ohne eine für den betrachteten Zylinder selektiv arbeitende mindestens eine Lambdasonde eine Variation des Zündzeitpunktes mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird und aus der sich durch die Variation des Zündzeitpunktes ergebenden Änderung des von dem Zylinder bereitgestellten Drehmomentbeitrages bestimmt wird, ob dem Zylinder schon zu viel oder noch zu wenig Kraftstoff zugemessen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Es ist allgemein bekannt, dass der Start und der folgende Warmlauf einer Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der an die Umwelt abgegebenen Schadstoffe im Abgas der Verbrennungskraftmaschine kritisch ist. Da im und unmittelbar nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine entweder die Lambdasonden grundsätzlich noch nicht betriebsbereit sind oder eine für die jeweiligen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine arbeitende Lambdasonde nicht oder noch nicht selektiv arbeitet, ist eine Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entweder grundsätzlich noch nicht möglich oder eben nicht oder noch nicht zylinderselektiv. Während dieser Phase wird deshalb lediglich ein Sollwert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses vorgegeben und es erfolgt eine Steuerung des Anteils an Kraftstoff, bevorzugt durch die Einstellung einer Ansteuerdauer von Kraftstoffeinspritzventilen. Bedingt durch verschiedene Störgrößen ist diese Steuerung jedoch unvollkommen und gegebenenfalls werden mehr Schadstoffe an die Umwelt abgegeben als nötig.
  • Aus der DE 102 52 423 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine vorbekannt, wobei die Lambdasonden noch nicht betriebsbereit sind. Dabei wird nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine bis zur Betriebsbereitschaft der Lambdasonden eine Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in Abhängigkeit eines Vergleiches zwischen einem Ist- und einem Soll-Laufunruhewert durchgeführt. Liegt eine Abweichung vor, wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis korrigiert, bis Ist- und Soll-Laufunruhewert übereinstimmen. Um eine unzulässige Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu vermeiden, sind einstellbare obere und untere Grenzen vorgesehen.
  • Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, dass nicht festgestellt werden kann, woraus sich eine Abweichung zwischen dem Ist- und dem Soll-Laufunruhewert ergibt, also ob nicht schon zu viel oder ob noch zu wenig Kraftstoff zugemessen wird. Das heißt, es ist nicht eindeutig, ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der zuviel Kraftstoff zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt oder ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der zu wenig Kraftstoff zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt. Eine Aussage darüber ist nur durch das Anfahren der oberen beziehungsweise unteren einstellbaren Grenzen möglich. Es ist dabei nicht auszuschließen, dass schon zu viel Kraftstoff zugemessen wird und zum Anfahren der jeweiligen Grenze noch mehr Kraftstoff zugemessen und auf die Weise unnötig viele Schadstoffe an die Umwelt abgegeben werden. Es ist weiterhin von Nachteil, dass die genannten Grenzen Sicherheiten aufweisen müssen, da während der Entwicklung einer Verbrennungskraftmaschine das Verhalten einzelner Entwicklungsexemplare auf eine gesamte Serie übertragen werden muss.
  • Aufgabe
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst exemplarunabhängiges Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wobei ohne grundsätzlich betriebsbereite Lambdasonden oder ohne für die betrachteten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine selektiv arbeitende mindestens eine Lambdasonde bestimmt werden kann, ob die Verbrennungskraftmaschine grundsätzlich oder ein Zylinder der Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines unerwünscht unterstöchiometrischen oder überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, so dass ohne das Anfahren von bestimmten Grenzen gezielt das Kraftstoffluft-Verhältnis korrigiert werden kann, wobei nicht unnötig viele Schadstoffe an die Umwelt abgegeben werden und die Laufunruhe nicht unnötig stark ansteigt.
  • Lösung
  • Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, dass während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine auch ohne betriebsbereite Lambdasonden oder ohne eine für die betrachteten Zylinder selektiv arbeitende mindestens eine Lambdasonde eine Variation des Zündzeitpunktes mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird und aus der sich durch die Varia tion des Zündzeitpunktes ergebenden Änderung des von dem Zylinder bereitgestellten Drehmomentbeitrages bestimmt wird, ob dem Zylinder schon zu viel oder noch zu wenig/noch zu viel oder schon zu wenig Kraftstoff zugemessen wird. Eine Änderung des von dem Zylinder bereitgestellten Drehmomentbeitrages wird bevorzugt durch eine Analyse der Kinematik der Rotation der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine ermittelt, beispielsweise durch eine Analyse der Drehgeschwindigkeit und/oder der Drehbeschleunigung. Insbesondere wird erfindungsgemäß, die Erkenntnis genutzt, dass bei dem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eine definierte Variation des Zündzeitpunktes eine im Vergleich zu einem Betrieb im Bereich eines unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses vergleichsweise geringe Änderung des von dem Zylinder bereitgestellten Drehmomentbeitrages bewirkt. Aufbauend auf diesen Zusammenhang ist erfindungsgemäß vorteilhaft auf sehr einfache Weise eine erste Abschätzung möglich, ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines über- oder unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird. In Abhängigkeit dieser ersten Abschätzung ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, gezielt das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu korrigieren, ohne unnötig viele Schadstoffe an die Umwelt abzugeben. Ergibt die Variation des Zündzeitpunktes, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, kann in einem folgenden Schritt gezielt mehr Kraftstoff zugemessen werden, etwa durch die Verlängerung der Ansteuerdauer der Einspritzventile. Ergibt die Variation des Zündzeitpunktes, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, kann in einem folgenden Schritt gezielt weniger Kraftstoff zugemessen werden, etwa durch die Verkürzung der Ansteuerdauer der Einspritzventile. Ein Herantasten an Grenzen zur Bestimmung, ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines über- oder unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, um erst dann gezielt mehr oder weniger Kraftstoff zuzumessen, entfällt erfindungsgemäß vorteilhaft. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr prozesssicher und unabhängig von Exemplarstreuungen, da das Verfahren auf einer relativen Bewertung aufbaut, also zunächst bestimmt wird, ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnis tendenziell über- oder unterstöchiometrisch ist, um dann gezielte Gegenmaßnahmen durchzuführen.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung, ob dem mindestens einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine schon zu viel oder noch zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, die Variation des Zündzeitpunktes mit einer Variation der Zumessung von Kraftstoff zu dem mindestens einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine kombiniert. Insbesondere erfolgt dabei eine Variation des Zündzeitpunktes, eine Analyse der dadurch bewirkten Änderung des von dem Zylinder bereitgestellten Drehmomentbeitrages, in Abhängigkeit des Ergebnisses dieser Analyse eine erste Abschätzung, ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines über- oder unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird und in Abhängigkeit des Ergebnisses dieser ersten Abschätzung eine Variation der Zumessung von Kraftstoff zu dem mindestens einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, wobei anschließend eine weitere Variation des Zündzeitpunktes sowie eine weitere Analyse der dadurch bewirkten Änderung des von dem Zylinder bereitgestellten Drehmomentbeitrages und in Abhängigkeit des Ergebnisses dieser Analyse eine weitere Abschätzung erfolgt, ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines über- oder unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird und in Abhängigkeit des Ergebnisses der weiteren Abschätzung das Verfahren entweder abgebrochen oder solange fortgeführt wird, bis eine weitere Abschätzung ergibt, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird. Ergibt beispielsweise die erste Abschätzung, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, kann in einem folgenden Schritt gezielt mehr Kraftstoff zugemessen werden, etwa durch die Verlängerung der Ansteuerdauer der Einspritzventile und ergibt nach einer weiteren Variation des Zündzeitpunktes eine zweite Abschätzung, dass die Verbrennungskraftmaschine noch immer im Bereich eines überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, kann weiterhin gezielt mehr Kraftstoff zugemessen werden. Ergibt jedoch eine jeweils letzte Abschätzung, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, wird das Verfahren beendet. Das Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann beispielsweise ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis sein. Ergibt demhingegen beispielsweise die erste Abschätzung, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, kann in einem folgenden Schritt gezielt weniger Kraftstoff zugemessen werden, etwa durch die Verkürzung der Ansteuerdauer der Einspritzventile und ergibt nach einer weiteren Variation des Zündzeitzeitpunktes eine zweite Abschätzung, dass die Verbrennungskraftmaschine noch immer im Bereich eines unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, kann weiterhin gezielt weniger Kraftstoff zugemessen werden. Ergibt jedoch eine jeweils letzte Abschätzung, dass die Verbrennungskraftmaschine im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird, wird das Verfahren beendet. Das Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann beispielsweise ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis sein. Ebenso kann auch ein anderer Sollwert eingestellt werden. Durch die Kombination Variation des Zündzeitpunktes mit einer Variation der Zumessung von Kraftstoff wird so erfindungsgemäß vorteilhaft der Prozess der Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses weiter stabilisiert.
  • In einer weiteren, besonders einfachen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann nach der ersten Variation des Zündzeitpunktes der ermittelte von dem Zylinder bereitgestellte Drehmomentbeitrag mit einem oder mehreren Referenzwerten verglichen werden, wobei ein Rückschluss auf das Kraftstoff-Luft-Verhältnis möglich ist, das in dem Zylinder vorliegt beziehungsweise mit dem die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. Durch den Bezug auf die physikalische Größe Drehmoment wird erfindungsgemäß eine leicht verständliche Funktionsstruktur geschaffen, was im Rahmen der Entwicklung einer Verbrennungskraftmaschine förderlich ist. Ebenso kann dieser Bezug auf eine Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle infolge der Verbrennung oder auf eine Segmentzeit, welche die Dauer angibt, in welcher sich die Kurbelwelle um einen bestimmten Winkelbereich gedreht hat, erfolgen.
  • Ausführungsbeispiel
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
  • Hierbei zeigt:
  • 1: eine Verbrennungskraftmaschine.
  • Gemäß 1 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 1 mindestens einen Zylinder 2 oder im Fall einer Verbrennungskraftmaschine 1, die nach dem Wankelprinzip aufgebaut ist, ein Kammervolumen mit einer Brennkammer. Dem Zylinder 2 wird Verbrennungsluft über eine in der Ansauganlage 3 angeordnete Drosselklappe 4 zugemessen. Außerdem wird dem Zylinder 2 Kraftstoff über ein Einspritzventil 5 zugemessen. Mittels einer Zündkerze 6 wird das Gemisch aus Verbrennungsluft und Kraftstoff entflammt und das Verbrennungsgas durch die Abgasanlage 7 an die Umwelt abgegeben. In der Abgasanlage 7 ist mindestens eine Lambdasonde 8 angeordnet, mit welcher das Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ bestimmt werden kann, das in dem Zylinder 2 vorliegt. Zur Erfassung der Drehzahl ω der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 ist ferner ein geeigneter Sensor 9 vorgesehen. Die Drosselklappe 4, das Einspritzventil 5, die Zündkerze 6, die Lambdasonde 8 und der Sensor 9 sind zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Steuergerät 10 über nicht weiter dargestellte Leitungen verbunden.
  • Nach dem Start beziehungsweise während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 1 ist, wie allgemein bekannt, die Lambdasonde 8 noch nicht betriebsbereit und die Zumessung der Verbrennungsluft und des Kraftstoffes zum Zweck der Einstellung eines bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ in den Zylinder 2 erfolgt noch gesteuert, das heißt, es werden zur Zumessung von Verbrennungsluft und/oder Kraftstoff Stellgrößen, wie der Winkel der Drosselklappe 4 und/oder die Öffnungszeit/Ansteuerdauer des Einspritzventils 5, vorgegeben. Auf dieses System wirken jedoch Störgrößen verschiedener Herkunft, beispielsweise ändert sich über der Laufzeit der Verbrennungskraftmaschine 1 die Durchflusscharakteristik des Einspritzventils 5, so dass bei gleicher Ansteuerdauer des Einspritzventils 5 Abweichungen zwischen dem vorgegebenen und dem tatsächlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ vorliegen. Um unabhängig von der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde 8 dennoch zum Zweck einer gezielten Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ bestimmen zu können, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der zu viel oder zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine Variation des Zündzeitpunktes αZ vorzunehmen und den Einfluss dieser Variation auf die Drehzahl ω oder die Drehbeschleunigung ω . der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 zu analysieren, wobei in Abhängigkeit davon, wie ausgeprägt dieser Einfluss ist, auf ein unter- oder überstöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ geschlossen wird.
  • Wird die Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise im Leerlauf oder konstant in einem Betriebspunkt betrieben, wird erfindungsgemäß zunächst der Verlauf der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle erfasst und zwischengespeichert. In einem darauf folgenden Schritt erfolgt erfindungsgemäß eine Variation des Zündzeitpunktes αZ des Zylinders 2 durch eine Verstellung des Zündzeitpunktes αZ ausgehend von einem Basiswert αZB um einen Wert von beispielsweise +/–10 Grad Kurbelwinkel und eine erneute Erfassung und Zwischenspeicherung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle. In einem darauf folgenden Schritt erfolgt ein Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ. Ergibt sich keine Änderung oder lediglich eine bestimmte Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle, die unterhalb eines bestimmten Erwartungswertes Δω liegt, wird erfindungsgemäß darauf geschlossen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ betrieben wird. Aufbauend auf dieser Erkenntnis kann nun in einem weiteren Schritt dem Zylinder 2 mehr Kraftstoff zugemessen werden. In einem weiteren Schritt kann dann erneut der Verlauf der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle erfasst und zwischengespeichert werden. In weiteren Schritten kann dann eine erneute Verstellung des Zündzeitpunktes αZ ausgehend von dem Basiswert αZB, eine erneute Erfassung und Zwischenspeicherung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle sowie ein Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ erfolgen. Ergibt sich daraus weiterhin keine Änderung oder lediglich eine bestimmte Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle, die unterhalb eines bestimmten Erwartungswertes Δω liegt, wird erfindungsgemäß darauf geschlossen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 noch immer im Bereich eines überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ betrieben wird. Ergibt jedoch ein jeweils letzter Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λS betrieben wird, wird das Verfahren beendet. Insbesondere wird er findungsgemäß dann davon ausgegangen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λS betrieben wird, wenn die Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle einem bestimmten Erwartungswert Δω entspricht oder im Vergleich zu der vorangegangenen Variation diesen Erwartungswert Δω überschreitet.
  • Ergibt sich demhingegen eine Änderung oder eine bestimmte Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle, die oberhalb eines bestimmten Erwartungswertes Δω liegt, wird erfindungsgemäß darauf geschlossen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines unterstöchiometrischen Kraftstoffluft-Verhältnisses λ betrieben wird. Aufbauend auf dieser Erkenntnis kann nun in einem weiteren Schritt dem Zylinder 2 weniger Kraftstoff zugemessen werden. In einem weiteren Schritt kann dann erneut der Verlauf der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle erfasst und zwischengespeichert werden. In weiteren Schritten kann dann eine erneute Verstellung des Zündzeitpunktes αZ ausgehend von dem Basiswert αZB, eine erneute Erfassung und Zwischenspeicherung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle sowie ein Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes α erfolgen. Ergibt sich daraus weiterhin eine Änderung oder lediglich eine bestimmte Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle, die oberhalb eines bestimmten Erwartungswertes Δω liegt, wird erfindungsgemäß darauf geschlossen, dass der betrachtete Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 noch immer im Bereich eines unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ betrieben wird. Ergibt jedoch ein jeweils letzter Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λS betrieben wird, wird das Verfahren beendet. Insbesondere wird erfindungsgemäß dann davon ausgegangen, dass der betrachtete Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λS betrieben wird, wenn die Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle einem bestimmten Erwartungswert Δω entspricht oder im Vergleich zu der vorangegangenen Variation diesen Erwartungswert Δω überschreitet.
  • Der Erwartungswert Δω wird beispielsweise abhängig vom Betriebspunkt und gegebenenfalls weiteren relevanten Parametern wie beispielsweise der Steuerzeit der Ein- und Auslassventile im Rahmen der Entwicklung der Verbrennungskraftmaschine 1 bestimmt und in dem Steuergerät 10 abgespeichert. Der Erwartungswert Δω kann ein absoluter oder relativer Wert sein, der durch eine Folge von gezielten Variationen des Zündzeitpunktes αZ bei konstantem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ oder verschiedenen Kraftstoff-Luft-Verhältnissen λ an einem Prüfstand für Verbrennungskraftmaschinen 1 bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Erwartungswert Δω für ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ derart definiert sein, dass bei einer Variation des Zündzeitpunktes αZ um +/–10 Grad Kurbelwinkel eine Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω um 10% bewirkt wird.
  • Verfügt die Verbrennungskraftmaschine 1 über mehrere Zylinder 2, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft derart ausgeführt werden, dass eine Angleichung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ der einzelnen Zylinder 2 zueinander erfolgt. Angenommen bei einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2 werden der erste und zweite Zylinder 2 mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ und der dritte und vierte Zylinder 2 mit einem überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ betrieben, beispielsweise infolge zylinderindividueller Abweichungen in der Zuführung von Frischluft zu den einzelnen Zylindern 2, noch im jeweiligen Zylinder 2 vorhandenem Restgas oder unterschiedlich gealterten/verkokten Einspritzventilen 5. Wird die Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise im Leerlauf oder konstant in einem Betriebspunkt betrieben, wird erfindungsgemäß zunächst der Verlauf der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der einzelnen Segmente der vier Zylinder 2 erfasst und zwischengespeichert. Als Segment wird dabei eine Winkelspanne verstanden, die bei einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2 zumindest die 180 Grad Kurbelwinkel umfasst, die bei dem Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders 2 überstrichen werden. In einem darauf folgenden Schritt erfolgt erfindungsgemäß eine Variation des Zündzeitpunktes αZ jedes Zylinders 2 durch eine Verstellung des Zündzeitpunktes αZ ausgehend von einem Basiswert αZB um einen Wert von beispielsweise +/–10 Grad Kurbelwinkel und eine erneute Erfassung und Zwischenspeicherung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der einzelnen Segmente der vier Zylinder 2. In einem darauf folgenden Schritt erfolgt ein Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der einzelnen Segmente der vier Zylinder mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ. Für den ersten und zweiten Zylinder 2 ergibt sich dann eine Änderung oder eine bestimmte Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle, die oberhalb eines bestimmten Erwartungswertes Δω liegt. Für den dritten und vierten Zylinder 2 ergibt sich dann keine Änderung oder eine bestimmte Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle, die unterhalb eines bestimmten Erwartungswertes Δω liegt. Es kann folglich darauf geschlossen werden, dass der erste und der zweite Zylinder 2 mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ und der dritte und vierte Zylinder 2 mit einem überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ betrieben werden. In einem weiteren Schritt kann folglich dem ersten und zweiten Zylinder 2 weniger und dem dritten und vierten Zylinder 2 mehr Kraftstoff zugemessen werden. In einem weiteren Schritt kann dann erneut der Verlauf der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der Segmente der vier Zylinder 2 erfasst und zwischengespeichert werden. In weiteren Schritten kann dann eine erneute Verstellung des Zündzeitpunktes αZ jedes Zylinders 2 ausgehend von dem Basiswert αZB, eine erneute Erfassung und Zwischenspeicherung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der Segmente der vier Zylinder 2 sowie ein Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der Segmente der vier Zylinder 2 mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ sowie in Abhängigkeit dieses Vergleiches eine gezielte Zumessung an Kraftstoff zu den einzelnen Zylindern 2 erfolgen. Ergibt jedoch ein jeweils letzter Vergleich der Verläufe der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle mit und ohne Verstellung des Zündzeitpunktes αZ, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λS betrieben wird, wird das Verfahren beendet. Insbesondere wird erfindungsgemäß dann davon ausgegangen, dass alle vier Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 im Bereich eines Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λS betrieben werden, wenn die Änderung des Verlaufes der Drehzahl ω der Kurbel- oder Nockenwelle der Segmente der vier Zylinder einem bestimmten Erwartungswert Δω entsprechen oder im Vergleich zu der vorangegangenen Variation diesen Erwartungswert Δω überschreiten. Die Verstellung des Zündzeitpunktes αZ kann grundsätzlich für einen Teil der Gesamtzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 gleichzeitig geschehen. Damit kann eine unerwünschte Drehzahl- oder Drehmomentänderung begrenzt wer den. Bei gleichzeitiger Verstellung der Zündzeitpunkte aller hinsichtlich Laststeuerung (z. B. durch Drosselklappe, Einlassventilhub, Einlassventilsteuerzeit, Kraftstoffmenge) zusammengefassten Zylinder kann mit der Verstellung des Zündzeitpunktes gleichzeitig die Last der Verbrennungskraftmaschine 1 so eingestellt werden, dass eine unerwünschte Drehzahl- oder Drehmomentänderung verhindert oder stark begrenzt wird. Dabei kann die Verstellgeschwindigkeit des Zündzeitpunktes a an die Verstellgeschwindigkeit der Last der Verbrennungskraftmaschine 1 zur Minimierung einer unerwünschten Drehzahl- oder Drehmomentänderung angepasst werden.
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Zylinder
    3
    Ansauganlage
    4
    Drosselklappe
    5
    Einspritzventil
    6
    Zündkerze
    7
    Abgasanlage
    8
    Lambdasonde
    9
    Sensor, Drehzahlsensor
    10
    Steuergerät
    αZ
    Zündzeitpunkt
    αZB
    Basiswert des Zündzeitpunktes
    λ
    Kraftstoff-Luft-Verhältnis
    λS
    Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis
    ω
    Drehzahl
    ω .
    Drehbeschleunigung
    Δω
    Erwartungswert
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10252423 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine (1) ohne betriebsbereite mindestens eine Lambdasonde (8) oder nicht oder noch nicht zylinderselektiv arbeitende mindestens eine Lambdasonde (8) eine Variation des Zündzeitpunktes (αZ) mindestens eines Zylinders (2) der Verbrennungskraftmaschine (1) durchgeführt wird und aus der sich durch die Variation des Zündzeitpunktes (αZ) ergebenden Änderung des von dem Zylinder (2) bereitgestellten Drehmomentbeitrages bestimmt wird, ob dem Zylinder (2) schon zu viel oder noch zu wenig/noch zu viel oder schon zu wenig Kraftstoff zugemessen wird.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei eine Änderung des von dem Zylinder (2) bereitgestellten Drehmomentbeitrages durch eine Analyse der Kinematik der Rotation der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (1) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 2, wobei die Analyse der Kinematik der Rotation der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (1) einer Analyse der Drehgeschwindigkeit (ω) und/oder der Drehbeschleunigung (ω .) der Kurbel- oder Nockenwelle entspricht.
  4. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 3, wobei in Abhängigkeit der Bestimmung, ob dem Zylinder (2) schon zu viel oder noch zu wenig/noch zu viel oder schon zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λ) korrigiert wird, wobei, wenn zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, in einem folgenden Schritt mehr Kraftstoff zugemessen wird, wobei, wenn zu viel Kraftstoff zugemessen wird, in einem folgenden Schritt weniger Kraftstoff zugemessen wird.
  5. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, wobei zur Bestimmung, ob dem Zylinder (2) schon zu viel oder noch zu wenig/noch zu viel oder schon zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, die Variation des Zündzeitpunktes (αZ) mit einer Variation der Zumessung von Kraftstoff zu dem mindestens einen Zylinder (2) der Verbrennungskraftmaschine (1) kombiniert wird, wobei folgende Schritte erfolgen: – Variation des Zündzeitpunktes (αZ), – Analyse der dadurch bewirkten Änderung des von dem Zylinder (2) bereitgestellten Drehmomentbeitrages, – Abschätzung, ob dem Zylinder (2) schon zu viel oder noch zu wenig/noch zu viel oder schon zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, in Abhängigkeit des Ergebnisses der vorangegangenen Analyse, – Variation der Zumessung von Kraftstoff zu dem mindestens einen Zylinder (2) in Abhängigkeit der vorangegangenen Abschätzung, – erneute Variation des Zündzeitpunktes (αZ), – erneute Analyse der dadurch bewirkten Änderung des von dem Zylinder (2) bereitgestellten Drehmomentbeitrages, – erneute Abschätzung, ob dem Zylinder (2) schon zu viel oder noch zu wenig/noch zu viel oder schon zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, in Abhängigkeit des Ergebnisses der vorangegangenen Analyse, – Variation der Zumessung von Kraftstoff zu dem mindestens einen Zylinder (2) in Abhängigkeit der vorangegangenen Abschätzung, wobei, wenn eine jeweils letzte Abschätzung ergibt, dass dem Zylinder (2) weder zu viel, noch zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, das Verfahren beendet wird.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei dem Zylinder (2) weder zu viel, noch zu wenig Kraftstoff zugemessen wird, wenn ein stöchiometrisches oder ein anderes gewünschtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem Zylinder (2) vorliegt.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 6, wobei, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) über mehrere Zylinder (2) verfügt, das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 derart ausgeführt wird, dass eine Angleichung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (λ) der einzelnen Zylinder (2) zueinander erfolgt.
  8. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 7, wobei nach der ersten Variation des Zündzeitpunktes (αZ) der ermittelte von dem Zylinder (2) bereitgestellte Drehmomentbeitrag mit einem oder mehreren Referenzwerten verglichen wird, wobei ein Rückschluss auf das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λ) möglich ist, das in dem Zylinder (2) vorliegt.
  9. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 8, wobei, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) über mehrere Zylinder (2) verfügt, die Zündzeitpunkte (αZ) aller Zylinder (2) oder einer Teilmenge der Zylinder (2) gleichzeitig verstellt werden.
  10. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 9, wobei der mindestens eine Zylinder (2) eine Brennkammer ist.
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