DE102009031707A1

DE102009031707A1 - Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors

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Publication number: DE102009031707A1
Application number: DE102009031707A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Neubauer; Jörg Dipl.-Ing. Präger
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2009-07-04
Filing date: 2009-07-04
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-07-05
Also published as: DE102009031707B4; JP2011012685A; US20110004395A1; US8914219B2; JP5690515B2

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (1), bei dem sich die Drehzahl (n) in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemischs gemäß einer Betriebskurve (21) einstellt, die einen ansteigenden Ast (25), ein Maximum (26) und einen abfallenden Ast (27) besitzt, sieht vor, dass in einem ersten Schritt durch statistische Auswertung ermittelt wird, ob der Betriebspunkt (B) des Verbrennungsmotors (1) auf dem ansteigenden Ast (25) oder dem abfallenden Ast (27) liegt. In einem zweiten Schritt (31) wird mindestens ein Betriebsparameter geändert, wenn der Betriebspunkt (B) nicht auf einem als Ausgangswert für einen dritten Schritt (32) gewünschten Ast (25, 27) der Betriebskurve (21) liegt. In einem dritten Schritt (32) wird die Lage des Maximums (26) der Betriebskurve (21) ermittelt und in einem vierten Schritt (33) wird ausgehend von dem ermittelten Maximum (26) ein gewünschter Betriebspunkt (B) des Verbrennungsmotors (1) eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors.
Bei Verbrennungsmotoren muss die zugeführte Kraftstoffmenge eingestellt werden. Bei der Änderung von Umgebungsbedingungen oder bei einer anderen eingefüllten Kraftstoffsorte muss die zugeführte Kraftstoffmenge entsprechend angepasst werden. Der Zusammenhang zwischen sich einstellender Drehzahl und zugeführter Kraftstoffmenge wird bei ansonsten unveränderten Betriebsbedingungen durch eine Betriebskurve angegeben, die einen ansteigenden Ast, ein Maximum und einen abfallenden Ast besitzt. Der ansteigende Ast kennzeichnet dabei den mageren Bereich des Gemischs und der abfallende Ast den Bereich fetten Gemischs.
Zum Einstellen der zuzuführenden Kraftstoffmenge ist es bekannt, zu ermitteln, auf welchem Ast der Betriebskurve der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors liegt und ausgehend hiervon einen gewünschten Betriebspunkt einzustellen. Dies erfolgt üblicherweise dadurch, dass die zugeführte Kraftstoffmenge verringert und die Drehzahlreaktion des Motors ausgewertet wird. Befindet sich der Betriebspunkt auf dem ansteigenden Ast der Betriebskurve, so sinkt die Drehzahl ab. Liegt der Betriebspunkt auf dem abfallenden Ast der Betriebskurve, so steigt die Drehzahl beim Abmagern an. Insbesondere im Leerlauf von Verbrennungsmotoren kann ein weiteres Abmagern des Gemischs dann, wenn das Gemisch bereits sehr mager ist, dazu führen, dass der Verbrennungsmotor ausgeht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors anzugeben, mit dem die zuzuführende Kraftstoffmenge zuverlässig eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass zunächst in einem Grobtest über eine statistische Auswertung ermittelt wird, auf welchem Ast der Betriebskurve der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors liegt, kann vermieden werden, dass der Betriebspunkt in einen Bereich verstellt wird, in dem der Verbrennungsmotor ausgehen kann, beispielsweise dadurch, dass das Gemisch unzulässig abgemagert wird. Anschließend wird ein definierter Startpunkt für einen Feintest zur Ermittlung der Lage des Maximums der Betriebskurve eingestellt. Der definierte Betriebspunkt ist dabei durch seine Lage auf dem ansteigenden oder dem abfallenden Ast der Betriebskurve definiert. Die genaue Lage des Betriebspunkts muss nicht bekannt sein. Ausgehend von diesem definierten Startpunkt auf einem der beiden Äste der Betriebskurve wird die Lage des Maximums der Betriebskurve ermittelt und ausgehend vom Maximum ein gewünschter Betriebspunkt eingestellt. Dadurch, dass zur Ermittlung, auf welchem Ast der Betriebspunkt liegt, nicht am Motor eingegriffen wird und die zugeführte Kraftstoffmenge oder andere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, beispielsweise der Zündzeitpunkt, verändert werden, ist sichergestellt, dass der Betriebspunkt nicht zunächst unzulässig verstellt wird, so dass der Motor ausgehen kann. Die statistische Auswertung erfolgt zunächst, ohne das Laufverhalten des Verbrennungsmotors zu beeinflussen. Erst wenn ermittelt wurde, auf welchem Ast der Betriebspunkt liegt, wird ein Betriebsparameter, beispielsweise die zugeführte Kraftstoffmenge, zur Einstellung eines Startpunkts auf einem gewünschten Ast der Betriebskurve und zur Ermittlung der Lage des Maximums der Betriebskurve verändert. Anstatt der Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge können auch andere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, beispielsweise der Zündzeitpunkt, verändert werden.
Vorteilhaft wird das Verfahren im Leerlauf des Verbrennungsmotors durchgeführt. Insbesondere im Leerlauf reagiert der Verbrennungsmotor auf ein unzulässiges Abmagern des Kraftstoff/Luft-Gemischs schnell damit, dass er ausgeht. Hier ist der Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens besonders vorteilhaft.
Vorteilhaft erfolgt die statistische Auswertung im ersten Schritt anhand des Verhältnisses der Motorzyklen, zu denen eine Verbrennung stattfindet, zu den Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet. Es wurde festgestellt, dass sich im Leerlauf die Anzahl von Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet und die Anzahl der Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, stark unterscheidet, je nachdem, ob sich der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf dem ansteigenden Ast befindet, das Gemisch also mager ist, oder sich der Betriebspunkt auf dem abfallenden Ast befindet, das Gemisch also fett ist. Läuft der Verbrennungsmotor mit magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch, so ergeben sich oft Verbrennungen in aufeinanderfolgenden Motorzyklen, die vergleichsweise schwach sind. Dadurch, dass die Verbrennungen nur recht schwach sind, kann bereits nach wenigen Motorzyklen wieder eine erneute Verbrennung oder mehrere aufeinanderfolgende Verbrennungen erfolgen. Läuft der Verbrennungsmotor mit fettem Kraftstoff/Luft-Gemisch, so sind die Verbrennungen sehr gut. Der Brennraum muss über einige Umdrehungen der Kurbelwelle gespült werden, bis wieder ausreichend brennfähiges Gemisch im Brennraum vorhanden ist. Läuft der Verbrennungsmotor mit fettem Gemisch, folgt deshalb auf einen Motorzyklus mit einer Verbrennung üblicherweise eine größere Anzahl von Motorzyklen ohne Verbrennung. Die Anzahl der Motorzyklen, zu denen eine Verbrennung stattfindet bezogen auf die Anzahl der Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, ist deshalb deutlich größer, wenn der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf dem ansteigenden Ast liegt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt anhand der Drehzahländerung bei Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, erfolgt. Dadurch, dass die Verbrennung sehr gut ist, wenn der Verbrennungsmotor mit fettem Gemisch betrieben wird, ist hier auch die Drehzahländerung sehr groß, während bei magerem Betrieb nur eine geringe Drehzahländerung während eines Motorzyklus gegeben ist. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt anhand der Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet oder bei denen keine Verbrennung stattfindet, erfolgt. Bei magerem Betrieb erfolgen üblicherweise in mehreren aufeinanderfolgenden Motorzyklen Verbrennungen. Die Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, ist bei fettem Betrieb dagegen deutlich größer als bei magerem Betrieb.
Die statistische Auswertung im ersten Schritt kann jedoch auch anhand des sich einstellenden Musters der Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet und der Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, erfolgen. Durch das jeweilige charakteristische Muster von Verbrennungen ergeben sich auch charakteristische Schwingungen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt anhand der vom Verbrennungsmotor erzeugten Schwingungen erfolgt. Vorteilhaft erfolgt die statistische Auswertung über eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle. Dabei können beispielsweise etwa 50 Umdrehungen bis einige 100 Umdrehungen der Kurbelwelle ausgewertet werden. Dadurch, dass eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle statistisch ausgewertet werden, kann die Lage des Betriebspunkts mit hoher Sicherheit angegeben werden.
Der Betriebsparameter ist vorteilhaft die zugeführte Kraftstoffmenge. Vorteilhaft wird die zugeführte Kraftstoffmenge im zweiten Schritt erhöht, wenn im ersten Schritt festgestellt wurde, dass der Betriebspunkt nicht auf dem abfallenden Ast der Betriebskurve liegt. Dadurch kann ein unzulässiges Abmagern des Gemischs zuverlässig verhindert werden.
Vorteilhaft wird im zweiten Schritt der Betriebsparameter, beispielsweise die zugeführte Kraftstoffmenge schrittweise verändert und nach jeder Änderung des Betriebsparameters anhand der statistischen Auswertung überprüft, ob der Betriebspunkt auf dem gewünschten Ast liegt. Dadurch kann auf einfache Weise eine Einstellung des Betriebspunkts auf dem gewünschten Ast erfolgen.
Zur Ermittlung des Maximums im dritten Schritt ist vorgesehen, dass der Betriebsparameter schrittweise in Richtung auf das Maximum der Betriebskurve geändert und die sich ergebende Drehzahländerung ermittelt wird. Sobald die Drehzahl nicht mehr weiter ansteigt, befindet sich der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors im Maximum der Betriebskurve. Die Änderung des Betriebsparameters im zweiten Schritt erfolgt dabei vorteilhaft in um ein Vielfaches größeren Schritten als im dritten Schritt. Im zweiten Schritt erfolgt lediglich eine Grobeinstellung, während im dritten Schritt eine Feineinstellung erfolgt. Es ist vorgesehen, dass der gewünschte Betriebspunkt im vierten Schritt durch Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge eingestellt wird.
Vorteilhaft wird die statistische Auswertung im Leerlauf des Verbrennungsmotors regelmäßig wiederholt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf dem abfallenden Ast liegt. Wenn der Betriebspunkt nicht auf diesem Ast liegt, ist vorgesehen, dass der zweite, der dritte und der vierte erneut durchgeführt werden und damit der Betriebspunkt eingestellt wird.
Vorteilhaft ist der Verbrennungsmotor ein Zweitaktmotor, und der Kraftstoff tritt über Überströmkanäle zusammen mit der Verbrennungsluft in den Brennraum über. Der Kraftstoff wird insbesondere in einen Ansaugkanal des Verbrennungsmotors oder direkt in ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors eingebracht. Bei dieser Einbringung des Kraftstoffs ergibt sich eine Verzögerung zwischen der Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge und der Drehzahlreaktion des Verbrennungsmotors. Es dauert einige Motorzyklen, bis die geänderte Kraftstoffmenge im Brennraum angelangt ist. Bei Verbrennungsmotoren, die bauartbedingt eine Verzögerung in der Drehzahlreaktion aufweisen, war es bisher leicht zu einem übermäßigen Abmagern des Kraftstoff/Luft-Gemischs gekommen. Deshalb ist das vorgeschlagene Verfahren insbesondere für diese Verbrennungsmotoren vorteilhaft.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors,
2 ein Diagramm, das schematisch den Verlauf der Drehzahl über der Luftzahl λ angibt,
3 ein Ablaufdiagramm für das vorgeschlagene Verfahren,
4 den Verlauf der Luftzahl λ über der Zeit bei der Durchführung des Verfahrens,
5 ein Diagramm, das schematisch den Verlauf der Drehzahl und die Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, für einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf dem ansteigenden Ast angibt und
6 ein Diagramm, das schematisch den Verlauf der Drehzahl und die Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, über der Zeit für einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf dem abfallenden Ast angibt.
Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist als Einzylinder-Zweitaktmotor ausgebildet und dient vorteilhaft zum Antrieb des Werkzeugs in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Freischneider, einem Trennschleifer, einem Rasenmäher oder dgl.. Der Verbrennungsmotors 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem im Zylinder 2 hin- und hergehend gelagerten Kolben 5 begrenzt, der über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 20 antreibt. Zur Zufuhr von Verbrennungsluft besitzt der Verbrennungsmotor 1 einen Ansaugkanal 9, der mit einem Luftfilter 14 verbunden ist. Im Ansaugkanal 9 kann ein Vergaser 10 angeordnet sein, in dem ein Drosselelement, beispielsweise eine Drosselklappe 11 schwenkbar gelagert ist. In den Ansaugkanal 9münden im Vergaser 10 Kraftstofföffnungen 12. Die den Kraftstofföffnungen 12 zugeführte Kraftstoffmenge ist von einem Dosierventil 13 gesteuert. Das Dosierventil 13 ist von einer Steuerung 18 angesteuert.
Der Ansaugkanal 9 mündet mit einem Einlass 8, der vom Kolben 5 schlitzgesteuert ist, ins Kurbelgehäuse 4. Im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens 5 ist der Innenraum des Kurbelgehäuses 4 über Überströmkanäle 7 mit dem Brennraum 3 verbunden. Über die Überströmkanäle 7, von denen in 1 einer gezeigt ist, strömt Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 von einer in den Brennraum 3 einragenden Zündkerze 17 gezündet und verlässt den Brennraum 3 durch einen Auslass 15. Die Zündkerze 17 ist ebenfalls mit der Steuerung 18 verbunden und wird von dieser angesteuert und mit Energie versorgt. Zur Energieversorgung ist an der Kurbelwelle 20 ein Generator 19 angeordnet. Aus dem Signal des Generators 19 ermittelt die Steuerung 18 die Drehzahl n der Kurbelwelle 20. An der Kurbelwelle 20 ist außerdem ein Lüfterrad 16 zur Versorgung des Verbrennungsmotors 1 mit Kühlluft angeordnet. Am Kurbelgehäuse 4 ist ein Schwingungsaufnehmer 22 angeordnet, der ebenfalls mit der Steuerung 18 verbunden ist.
Anstatt über den Vergaser 10 kann der Kraftstoff auch direkt ins Kurbelgehäuse 4 zugeführt sein. Hierzu kann das in 1 schematisch gezeigte Dosierventil 13' vorgesehen sein.
Die Drehzahl n der Kurbelwelle 20 stellt sich im Betrieb bei ansonsten konstanten Betriebsbedingungen in Abhängigkeit der Luftzahl λ gemäß der in 2 gezeigten Betriebskurve 21 ein. Die Betriebskurve 21 besitzt einen ansteigenden Ast 25, der den Bereich umfasst, in dem die Luftzahl λ größer als 1, das Kraftstoff/Luft-Gemisch also mager ist. Die Betriebskurve 21 besitzt ein Maximum 26, das beispielsweise bei einer Luftzahl λ von etwas größer als 1 angeordnet sein kann. Außerdem besitzt die Betriebskurve 21 einen abfallenden Ast 27 in dem Bereich, in dem die Luftzahl λ kleiner als 1, das Kraftstoff/Luft-Gemisch also fett ist. In 2 sind schematisch vier Betriebspunkte B₁, B₂, B₃ und B₄ mit den zugeordneten Luftzahlen λ₁, λ₂, λ₃ und λ₄ eingezeichnet. Der Betriebspunkt B₁ liegt auf dem ansteigenden Ast 25, der Betriebspunkt B₂ liegt im Maximum 26 und die Betriebspunkte B₃ und B₄ auf dem abfallenden Ast 27. Der Betriebspunkt B₄ entspricht dabei im Ausführungsbeispiel dem gewünschten Betriebspunkt.
Zur Einstellung des gewünschten Betriebspunkts B₄ wird das in den 3 und 4 schematisch gezeigte Verfahren durchgeführt. Im ersten Schritt 30 wird anhand einer statistischen Auswertung ermittelt, ob der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 auf einem gewünschten Ast der Betriebskurve 21 liegt. Dies ist vorteilhaft der abfallende Ast 27. Wird durch die statistische Auswertung im ersten Schritt 30 festgestellt, dass der Betriebspunkt auf dem ansteigenden Ast 25, beispielsweise beim Betriebspunkt B₁ liegt, das Gemisch also mager ist, erfolgt im zweiten Schritt 31 eine Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge. Das Gemisch wird angereichert. Dies erfolgt in 4 zum Zeitpunkt t₁. Die Gemischanreicherung erfolgt dabei vorteilhaft schrittweise. In 4 ist das exemplarisch ausgehend vom Betriebspunkt B₁ mit der Luftzahl λ₁ gezeigt. Nach einer schrittweisen Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge wird der erste Schritt 30 wiederholt und erneut durch statistische Auswertung überprüft, ob der Betriebspunkt nun auf dem abfallenden Ast 27 liegt. Ist dies nicht der Fall, wird die zugeführte Kraftstoffmenge weiter erhöht. In 4 erfolgt vier Mal eine Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge, bis der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 im Betriebspunkt B₃ liegt. Dadurch, dass die erhöhte zugeführte Kraftstoffmenge zunächst über den Ansaugkanal ins Kurbelgehäuse 4 und dann über die Überströmkanäle 7 in den Brennraum übertreten muss, bis sich eine Änderung des Verhaltens des Verbrennungsmotors 1 ergibt, liegt der Betriebspunkt B₃ bereits in einem deutlichen Abstand zum Maximum 26, bis durch die statistische Auswertung im ersten Schritt 30 festgestellt wird, dass der Betriebspunkt auf dem abfallenden Ast 27 liegt.
Wird im ersten Schritt 30 festgestellt, dass der Betriebspunkt bereits auf dem abfallenden Ast 27 liegt, der Betriebspunkt also beispielsweise der Betriebspunkt B₃ in 2 ist, erfolgt im zweiten Schritt 31 keine Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge. Dies ist in 4 gestrichelt für die Luftzahl λ₃ gezeigt.
Zum Zeitpunkt t₂ in 4 wird über die statistische Auswertung im ersten Schritt 30 festgestellt, dass der Betriebspunkts B₃ auf dem abfallenden Ast 27 liegt. Anschließend wird zum Zeitpunkt t₃ die zugeführte Kraftstoffmenge schrittweise wieder verringert, und die sich ergebende Änderung der Drehzahl n wird erfasst. Die Verringerung der zugeführten Kraftstoffmenge, also die Abmagerung erfolgt ebenfalls schrittweise. Wie 4 zeigt, sind die Schritte, mit denen die zugeführte Kraftstoffmenge im dritten Schritt 32 verringert wird, deutlich kleiner als die Schritte, in denen die Kraftstofferhöhung im zweiten Schritt 31 erfolgt. Dadurch kann die Lage des Maximums 26 trotz der trägen Reaktion des Verbrennungsmotors 1 auf die Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge ausreichend genau ermittelt werden. Die Kraftstoffmenge wird immer weiter verringert, bis das Maximum 26 der Betriebskurve 21 erkannt wird. Das Maximum 26 liegt dann vor, wenn auf eine Verringerung der zugeführten Kraftstoffmenge kein weiterer Drehzahlanstieg, sondern eine gleichbleibende oder eine absinkende Drehzahl n erfolgt. Ausgehend von der erkannten Lage des Maximums 26 der Betriebskurve 21 wird im vierten Schritt 33 eine gewünschte Luftzahl λ_soll, im Ausführungsbeispiel die Luftzahl λ₄, eingestellt. Dies kann beispielsweise über einen PI-Regler durch entsprechende Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge erfolgen.
Die statistische Auswertung im ersten Schritt 30 kann auf unterschiedliche Weise anhand des sich einstellenden charakteristischen Musters der Motorzyklen mit Verbrennungen der Motorzyklen ohne Verbrennung und des sich ergebenden charakteristischen Drehzahlverlaufs erfolgen. In 5 ist der Verlauf der Drehzahl n über der Zeit t schematisch für das in 5 durch Balken angedeutete Muster von Verbrennungen aufgetragen. Ein Motorzyklus mit Verbrennung ist dabei durch einen senkrechten Balken gekennzeichnet. Wie 5 zeigt, ergibt sich bei jeder Verbrennung eine Erhöhung der Drehzahl um eine Drehzahländerung Δn. Es erfolgen meist Verbrennungen in direkt aufeinanderfolgenden Motorzyklen. Zwischen Gruppen von aufeinanderfolgenden Motorzyklen mit Verbrennungen liegen meist einige Motorzyklen ohne Verbrennung. Das in 5 gezeigte Muster und der gezeigte Drehzahlverlauf ergeben sich bei einem Verbrennungsmotor 1, dessen Betriebspunkt auf dem ansteigenden Ast 25 liegt, dem also mageres Gemisch zugeführt wird.
6 zeigt den Verlauf der Drehzahl n und die Motorzyklen mit bzw. ohne Verbrennung für einen Verbrennungsmotor 1, dessen Betriebspunkt auf dem abfallenden Ast 27 liegt, dem also fettes Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird. Hier erfolgt jeweils nur ein Motorzyklus mit Verbrennung, auf den eine vergleichsweise große Anzahl von Motorzyklen ohne Verbrennung folgt. Beispielsweise kann alle sechs bis zehn Motorzyklen eine Verbrennung erfolgen. Wie der Drehzahlverlauf zeigt, ist der Drehzahlanstieg bei einem Motorzyklus mit Verbrennung, also die sich ergebende Drehzahländerung Δn deutlich größer als bei dem in 5 gezeigten Drehzahlverlauf.
Zur Ermittlung, ob der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 auf dem ansteigenden Ast 25 und dem abfallenden Ast 27 liegt, können der sich einstellende Drehzahlverlauf und die sich ergebenden Motorzyklen mit bzw. ohne Verbrennung auf unterschiedliche Weise ausgewertet werden.
Es kann die Anzahl der Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, zur Anzahl der Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, ausgewertet werden. Dieses Verhältnis ist bei einem Betriebspunkt, der auf dem ansteigenden Ast 25 liegt, deutlich größer als bei einem Betriebspunkt auf dem abfallenden Ast 27. Auch die Drehzahländerung Δn bei einem Motorzyklus, bei dem eine Verbrennung stattfindet, kann statistisch ausgewertet werden. Ebenso kann die Anzahl der aufeinanderfolgenden Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, oder die Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, ausgewertet werden. Wie die 5 und 6 zeigen, liegt die Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, zwischen zwei und drei, während bei einem Betriebspunkt auf dem abfallenden Ast 27 jeweils nur ein Motorzyklus mit Verbrennung erfolgt. Die Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung erfolgt, ist im Diagramm nach 5 deutlich kleiner als im Diagramm nach 6.
Es kann auch vorgesehen sein, die unterschiedlichen Muster von Motorzyklen mit Verbrennungen und Motorzyklen ohne Verbrennungen auszuwerten. Ebenso kann vorgesehen sein, das Signal des Schwingungsaufnehmers 22 zu nutzen, um eine statistische Auswertung der erzeugten Schwingungen vorzunehmen. Aufgrund der unterschiedlichen Muster von Motorzyklen mit und Motorzyklen ohne Verbrennung ergeben sich auch unterschiedliche Schwingungen, je nachdem, ob der Betriebspunkt auf dem ansteigenden Ast 25 oder dem abfallenden Ast 27 liegt. Die statistische Auswertung erfolgt vorteilhaft über eine vorgegebene Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen, beispielsweise über etwa 100 Umdrehungen der Kurbelwelle. Es kann jedoch auch eine andere Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen zur statistischen Auswertung genutzt werden. Vorteilhaft werden 50 Umdrehungen bis einige 100 Umdrehungen der Kurbelwelle 20 für die statistische Auswertung genutzt.
Im Ausführungsbeispiel wird als Betriebsparameter die zugeführte Kraftstoffmenge geändert. Stattdessen können auch andere Betriebsparameter, beispielsweise der Zündzeitpunkt geändert werden. Auch eine Änderung mehrerer Betriebsparameter kann vorteilhaft sein.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Brennraum (3), einen Kolben (5), der den Brennraum (3) begrenzt und eine Kurbelwelle (20) rotierend antreibt, eine Einrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff, eine Einrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft und eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl (n) der Kurbelwelle (20) besitzt, wobei sich die Drehzahl (n) in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemischs gemäß einer Betriebskurve (21) einstellt, die einen ansteigenden Ast (25), ein Maximum (26) und einen abfallenden Ast (27) besitzt, wobei die Luftzahl (λ) im Brennraum (3) des Verbrennungsmotors (1) im Bereich des abfallenden Asts (27) kleiner als 1 ist, wobei zur Einstellung einer gewünschten Gemischzusammensetzung in einem ersten Schritt (30) durch eine statistische Auswertung ermittelt wird, ob der Betriebspunkt (B₁, B₃) des Verbrennungsmotors (1) auf dem ansteigenden Ast (25) oder dem abfallenden Ast (27) liegt, wobei in einem zweiten Schritt (31) mindestens ein Betriebsparameter geändert wird, wenn der Betriebspunkt (B₁, B₃) nicht auf einem als Ausgangswert für einen dritten Schritt (32) gewünschten Ast (25, 27) der Betriebskurve (21) liegt, bis der Betriebspunkt (B₁, B₃) auf dem gewünschten Ast (25, 27) der Betriebskurve (21) liegt, wobei in einem dritten Schritt (32) die Lage des Maximums (26) der Betriebskurve (21) ermittelt wird, und wobei in einem vierten Schritt (33) ausgehend von dem ermittelten Maximum (26) ein gewünschter Betriebspunkt (B₄) des Verbrennungsmotors (1) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Leerlauf des Verbrennungsmotors (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt (30) anhand des Verhältnisses der Motorzyklen, zu denen eine Verbrennung stattfindet, zu den Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt (30) anhand der Drehzahlerhöhung (Δn) bei Motorzyklen, zu denen eine Verbrennung stattfindet, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt (30) anhand der Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet oder bei denen keine Verbrennung stattfindet, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt (30) anhand des sich einstellenden Musters von Motorzyklen, bei denen eine Verbrennung stattfindet, und Motorzyklen, bei denen keine Verbrennung stattfindet, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt (30) anhand der vom Verbrennungsmotor (1) erzeugten Schwingungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im ersten Schritt (30) über eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle (20) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter die zugeführte Kraftstoffmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt (31) die zugeführte Kraftstoffmenge erhöht wird, wenn im ersten Schritt (30) festgestellt wurde, dass der Betriebspunkt (B₁) der Verbrennungsmotors (1) nicht auf dem abfallenden Ast (27) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt (31) der Betriebsparameter schrittweise verändert wird und nach jeder Änderung des Betriebsparameters anhand der statistischen Auswertung überprüft wird, ob der Betriebspunkt (B₁, B₃) auf dem gewünschten Ast (25, 27) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt (32) der Betriebsparameter schrittweise in Richtung auf das Maximum (26) der Betriebskurve (21) geändert und die sich ergebende Drehzahländerung (Δn) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Betriebsparameters im zweiten Schritt (31) in um ein Vielfaches größeren Schritten erfolgt als im dritten Schritt (32).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Betriebspunkt (B₄) im vierten Schritt (33) durch Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Auswertung im Leerlauf regelmäßig wiederholt wird, und dass der zweite Schritt (31), der dritte Schritt (32) und der vierte Schritt (33) erneut durchgeführt werden, wenn der Betriebspunkt (B₃, B₄) nicht auf dem abfallenden Ast (27) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) ein Zweitaktmotor ist und der Kraftstoff über Überströmkanäle (7) zusammen mit der Verbrennungsluft in den Brennraum (3) übertritt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff in einen Ansaugkanal (9) des Verbrennungsmotors (1) oder direkt in ein Kurbelgehäuse (4) des Verbrennungsmotors (1) eingebracht wird.