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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompensieren
von Änderungen
der Zusammensetzung eines Luft-Kraftstoffgemisches, das dem Brennraum
einer Brennkraftmaschine durch ein Saugrohr hindurch zugeführt wird,
welche Änderungen
dadurch verursacht sind, dass sich an der Saugrohrwand Kraftstoff
niederschlägt.
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Bei
drosselgesteuerten Benzin-Ottomotoren mit Gemischbildung stromoberhalb
des Einlassungsventils schlägt
sich im Saugrohr zwischen der Drosselklappe und dem Einlaßventil
insbesondere beim Schließen
der Drosselklappe unter vorbestimmten Betriebsbedingungen an der
Saugrohrwand Kraftstoff nieder und bildet einen Wandfilm. Die in
dem Film niedergeschlagene Kraftstoffmasse hängt im Wesentlichen vom Kraftstoffmassenstrom
ab, der in die Wandfilmablagerung hineinströmt, und dem durch Verdampfung
bedingten Kraftstoffmassenstrom, der in Abhängigkeit von Einflußgrößen, wie Saugrohrwandtemperatur,
Saugrohrdruck, Saugrohrtemperatur sowie den Verdampfungseigenschaften
des Ottokraftstoffes aus dem Wandfilm hinausströmt. Wird die Drosselklappe
rasch geschlossen, ändern
sich dementsprechend schnell auch die vorgenannten Einflußgrößen. Es
kommt zu einer beschleunigten Abdampfung des Wandfilms, die über mehrere
Motorzyklen andauern kann. Wird dieser abdampfungsbedingte Kraftstoffmassenstrom
nicht zusammen mit einer für
eine einwandfreie Verbrennung benötigten Luftmasse dem Brennraum
zugeführt,
so ist das jeweils verbrennende Gemisch zu fett oder zu mager, woraus
hohe Schadstoffemissionen, insbesondere CO- bzw. HC-Emissionen resultieren können.
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Um
dem Problem abzuhelfen, wurde vorgeschlagen, das Schließen der
Drosselklappe zu dämpfen.
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In
der
DE 38 30 601 C2 ,
von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, sind ein Verfahren
und eine Vorrichtung beschrieben, bei dem bzw. der in das Saugrohr
abhängig
vom Kraftstoffniederschlag an der Saugrohrwand Zusatzluft eingeleitet
wird, so dass das Problem beseitigt wird, dass beispielsweise bei
Schubabschaltung der Saugrohrwand haftender Kraftstoff verdampft
und unter Sauerstoffmangel verbrennt, was zur Beeinträchtigung
des Katalysators führen
kann. Die Zusatzluft wird in ein Sammelsaugrohr eingeleitet, von
dem zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine führende Einzelsaugrohre
abgehen.
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In
der
DE 196 47 301
A1 ist ein Verfahren zur Gemischaufbereitung für eine Otto-Brennkraftmaschine
durch Einblasen eines Fluidstroms in die zu den einzelnen Zylindern
der Brennkraftmaschine führende
Saugrohre beschrieben. In jedem Einzelsaugrohr sind mehrere Einblasöffnungen
vorgesehen, nämlich
nahe dem Ventilsitz angeordnete Einblasöffnungen zum Einleiten von
Luft in einen innenliegenden Einblasabschnitt eines Tumblebogens,
und weitere Einblasöffnungen,
die nahe den Einspritzventilen angeordnet sind. Um in der Startphase
sowie im Niedriglastbereich die Gemischaufbereitung zu verbessern,
wird der zur Einblasung bestimmte Fluidstrom in Pulsation versetzt
und in der Startphase oder in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vorwiegend
durch die Einblasöffnungen
nahe dem Injektor eingeleitet und mit zunehmender Betriebsdauer
während
der Warmlaufphase stetig zunehmend in der normalen Betriebsphase
durch die Einblasöffnungen
nahe dem Ventilsitz eingeleitet.
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Die
DE 696 23 200 T2 beschreibt
eine Luft-/Kraftstoffverhältnissteuereinrichtung
für eine Brennkraftmaschine.
Das Einlasssystem der Brennkraftmaschine weist einen jedem Zylinder
zugeordneten primären
und sekundären
Ansaugkanal auf mit einer primären
Drosselklappe zur Steuerung des Luftstroms durch beide Kanäle und eine
sekundäre Drosselklappe
zur Steuerung des Luftstroms durch den sekundären Kanal. Ein Änderung
der Stellung der Sekundärdrosselklappe
insbesondere bei kalten Motorbetrieb wirkt sich stark auf die Menge
des im Ansaugkrümmer
verbleibenden Kraftstoffes aus. Die Kraftstoffzufuhr wird derart
gesteuert, dass die Auswirkungen des Niederschlagens vom Kraftstoff
an der Saugrohr wand auf die Zusammensetzung des verbrennenden Gemisches
vermindert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit zu verbessern,
mit der der Einfluss von dem von der Saugrohrwand abdampfenden Kraftstoff
auf das Luft-Kraftstoffverhältnis des
im Brennraum verbrennenden Gemisches kompensiert werden kann.
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Eine
Lösung
dieser Aufgabe wird einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 erzielt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird gezielt während
des Ansaugtaktes der einzelnen Zylinder im Bedarfsfalle in die zu
den einzelnen Zylindern führenden
Einzelsaugrohre Zusatzluft eingeleitet, wodurch der Einfluss von
abdampfendem Kraftstoff auf die Gemischzusammensetzung zylinderselektiv
und sehr genau kompensiert werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es insbesondere möglich,
auch bei Motoren mit unterschiedlichen Zündabständen, in denen in den jeweiligen
Zylindern insbesondere während
der Ventilüberschneidungsphasen
unterschiedliche Bedingungen hinsichtlich der Temperatur, des Drucks
und der internen Restgasrückführungen
herrschen, den Einfluss des von der Saugrohrwand abdampfenden Kraftstoffes auf
das Luft-Kraftstoffverhältnis
im Brennraum zu kompensieren (siehe Seite 6, Zeilen 1 bis 10). Durch das
Einleiten von Zusatzluft nur während
der Ansaugphase wird zusätzlich
eine hohe Luftgeschwindigkeit unterstützt, die die Gemischbildung
vorteilhaft beeinflusst.
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Der
Anspruch 2 kennzeichnet eine Vorrichtung zum Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Programm, entsprechend dem die elektronische Steuereinrichtung
die Korrekturluftventile steuert, kann, empirisch ermittelt werden
und/oder durch Modellrechnungen gegeben sein.
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Mit
den Merkmalen der Ansprüche
3 und 4 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung
in vorteilhafter Weise weitergebildet, wobei mit den Merkmalen des
Anspruchs 4 die Korrekturventile auch für weitere Funktionen verwendet
werden können,
beispielsweise, um, das Bremsverhalten des Motors im Schubbetrieb
zu beeinflussen (Anspruch 5).
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung,
die eine mehrzylindrische Brennkraftmaschine mit funktionswesentlichen Komponenten
schematisch darstellt, in einem nicht einschränkenden Beispiel mit weiteren
Einzelheiten erläutert.
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Gemäß der einzigen
Figur weist eine Brennkraftmaschine mit im dargestellten Beispiel
vier Zylindern 2 vier Einzelsaugrohre 6 auf. Im
Einlaß jedes Einzelsaugrohrs 6 in
den Zylinder 2 ist wenigstens ein nicht dargestelltes Einlaßventil
angeordnet. In jedem Einzelsaugrohr 6 ist ein Drosselventil
bzw. eine Drosselklappe 8 angeordnet, mit der der Durchströmquerschnitt
des Saugrohrs 6 zumindest weitgehend verschließbar ist.
Stromoberhalb der Drosselklappen 8 sind die Saugrohre 6 zu
einem Sammelsaugrohr 10 zusammengeführt, in dem eine Gemischbildungseinrichtung 12 angeordnet
ist und das über
ein Luftfilter 14 mit der Atmosphäre verbunden ist.
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Die
Gemischbildungseinrichtung 12 kann in Form eines Vergasers
oder von vier Einzelvergasern (entsprechend der Zylinderzahl), ggf.
mit zusätzlicher elektronischer
Beeinflussung der einem Luftstrom zugesetzten Kraftstoffmenge, sein
oder ein Einspritzsystem, ggf. mit den einzelnen Zylindern zugeordneten
Einzel-Einspritzventilen oder in sonst wie geeigneter Weise ausgebildet
sein.
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Zur
Steuerung des Motors ist eine elektronische Steuereinrichtung 18 vorgesehen,
deren Eingänge 20 mit
verschiedenen Sensoren, wie einem Sensor 22 zur Erfassung
der Stellung eines Fahrpedals und nicht dargestellten Sensoren zur
Erfassung der durch das Sammelsaugrohr 10 strömenden Luftmenge,
der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Temperatur der der Brennkraftmaschine
zugeführten Luft,
der Temperatur der Saugrohre 6 usw. verbunden sind. Ausgänge der
elektronischen Steuereinrichtung 18 liefern Signale zur
Steuerung der Menge des Kraftstoffes, der der Frischluft in der
Gemischbildungseinrichtung 12 zugeführt wird, der nicht dargestellten
Zündeinrichtung
der Brennkraftmaschine, von Aktoren 24, mit denen die Stellung
der Drosselklappen 8 gesteuert wird und der Korrekturventilluftventile 16.
Beispiele der zugehörigen
Signalleitungen sind gestrichelt dargestellt, wobei jedes der Korrekturluftventile über eine
eigene Leitung mit der Steuereinrichtung 18 verbunden ist.
Die Korrekturluftventile 16 sind über je eine Luftleitung 26 stromoberhalb
der Gemischbildungseinrichtung 12 mit dem Sammelsaugrohr 10 verbunden.
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Es
versteht sich, dass zur genauen Kenntnis der Stellung der Drosselklappen 8 zusätzliche
Drosselklappenstellungssensoren vorgesehen sein können, so
dass die Stellung der Drosselklappen unmittelbar erfaßt wird
und nicht nur anhand der Betätigung
des jeweiligen Aktors 24 erfaßt werden.
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Die
Funktion der beschriebenen Anordnung ist mit Ausnahme des Betriebes
der Korrekturluftventile 16 an sich bekannt und wird daher
nur bezüglich der
Korrekturluftventile erläutert.
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Unter
stationären
oder quasistationären
Zuständen
wird der Luft in der Gemischbildungseinrichtung 12 eine
Kraftstoffmenge derart zugemischt, dass ein Luftkraftstoffgemisch
mit beispielsweise stöchometrischer
Zusammensetzung entsteht, das einerseits gut verbrennt und andererseits
eine optimale Wirksamkeit eines im nicht dargestellten Abgassystem
der Brennkraftmaschine vorgesehenen Katalysatorsystems gewährleistet,
so dass ein möglichst
schadstoffarmer Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt. Von dem
des Motors zugeführte
Kraftstoffluftgemisch schlägt
eine bestimmte Menge Kraftstoff auf die Wände des Einlasskanals nieder
und benetzt somit die Kanalwand. Es bildet sich ein sogenannter
Wandfilm. Die in dieser Wandfilm gespeicherte Kraftstoffmasse unterliegt
ein Gleichgewichtsmechanismus: Es wird gleichzeitig Kraftstoffmasse aus
der Gemischaufbereitung dem Wandfilm zugeführt und es wird bedingt durch
die vor Ort auftretender Druck und Temperatur, mittels Verdampfung Kraftstoffmasse
aus den Wandfilm abgeführt.
Wenn die Drosselklappen 8 bei Rücknahme der Betätigung des
Fahrpedals oder aus sonstigen Gründen
(z. B. Motoreingriff beim Schalten) plötzlich geschlossen werden, ändern sich
sowohl der Druck als auch die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung
des Wandfilms. Es kommt zu einer verstärkten Verdampfung des Wandfilms,
die ohne Gegenmaßnahme
zu einer Überfettung
des dem Motor zugeführten
Gemisch führt.
Um das zu vermeiden, wird während
des Zeitraums, während
dessen der Kraftstoff abdampft, der von den Zylindern angesaugten
Luft durch entsprechende Betätigung
der Korrekturluftventile 16 Zusatzluft bzw. Korrekturluft
zugemischt, die eine vorbestimmte Zusammensetzung des den jeweiligen Zylinder
bzw. dessen Brennraum zugeführten
Kraftstoffluftgemisches gewährleistet,
beispielsweise eine stöchometrische
Zusammensetzung. Die Korrekturluftventile 16 werden vorteilhafterweise
zylinderselektiv genau während
der Ansaugtakte der jeweiligen Zylinder betätigt, in dem sie beispielsweise
während einer
vorbestimmten Zeitdauer geöffnet
werden, so dass in Folge des Unterdrucks stromabwärts der Drosselklappe
kraftstofffreie Luft unmittelbar stromabwärts des Filters 14 aus
dem Sammelsaugrohr 10 angesaugt wird.
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Die
Bestimmung der jeweils erforderlichen Korrekturluftmenge und daraus
resultierend der Öffnungszeitdauer
der Korrekturluftventile kann auf empirischer Basis erfolgen, indem
Betriebszustände
des Motors auf dem Prüfstand
simuliert werden und dabei die jeweiligen Steuergrößen ermittelt
werden. Der Betrieb kann auch auf Modellrechnungen basieren, in
denen die Luftströmung
stromabwärts
der Drosselklappe abhängig
von der Stellung der Drosselklappe, dem Luftdruck und der Lufttemperatur
stromoberhalb der Drosselklappe, der Temperatur des Saugrohrs und
der Stellung des jeweiligen Kolbens sowie gegebenenfalls weiterer
Parameter simuliert wird und unter Berücksichtigung der jeweiligen
Kraftstoff- und Wandeigenschaften das Niederschlagen und Abdampfen
von Kraftstoff simuliert wird. Es versteht sich, dass dabei auch
die Raschheit berücksichtigt werden
kann, mit der die Drosselklappen geschlossen oder geöffnet werden.
Die Korrekturluftventile werden vorteilhafterweise getaktet angesteuert;
es versteht sich, dass sie bei entsprechender Konstruktion auch
analog angesteuert werden können,
wobei ihr Öffnungsquerschnitt
verändert
wird.
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Des
weiteren versteht sich, dass bei der Bemessung der Korrekturluft
berücksichtigt
wird, welche Kraftstoffmenge der angesaugten Luft bei geschlossener
Drosselklappe in der Gemischbildungseinrichtung 12 zugemessen
wird (z. B. vorhandene oder fehlende Schubabschaltung). Mit zunehmender Abdampfung
des Kraftstoffes und damit abnehmender Menge der in Folge der Abdampfung
dem Luftstrom stromunterhalb der Drosselklappe zugeführten Kraftstoffes
nimmt die Menge der durch die Korrekturluftventile zugeführten Korrekturluft
ab.
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Auch
nach vollständiger
Abdampfung des Kraftstoffes können,
insbesondere wenn nach Schließen
der Drosselklappen in der Gemischbildungseinrichtung 12 keine
Kraftstoffzumessung mehr erfolgt, die Korrekturluftventile 16 betätigt werden,
um beispielsweise das Bremsverhalten des Motors im Schubbetrieb
zu beeinflussen.
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Durch
die geschilderte Einzelzylinderzuordnung der Zusatzluftventile 16 und
deren zylinderselektiven Steuerung und verstärkt durch die Einzelzylinderzuordnung
der Drosselklappen, die bevorzugt möglichst zylindernah sind, wird
eine hohe Genauigkeit der Kompensation des Einlasses von Kraftstoffwandablagerungen
möglich.
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Sowohl
bei Brennkraftmaschinen mit Einzeldrosselklappen als auch bei einer
Ausbildung der Brennkraftmaschine derart, dass im Sammelsaugrohr 10 stromoberhalb
oder stromunterhalb der Gemischbildungseinrichtung 12 nur
eine, dem Motor insgesamt zugeordnete Drosselklappe angeordnet ist,
werden die einzelnen Zylindereintströmungen durch sich während der
Ventilüberschneidungsphasen
ausbildende Druckwellen beeinflußt. Dies gilt insbesondere
für Mehrzylindermotoren,
bei denen die Zündabstände unsymmetrisch
sind.
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Unsymmetrische
Zündabstände führen in Verbindung
mit der Auslegung des Abgassystems dazu, dass sich während der
Ventilüberschneidungsphasen
der Zylinder unterschiedliche Restgasmengen im Saugrohrvolumen zwischen
Einlaßventil
und geschlossenen Drosselklappen einstellen können. Auch bei symmetrischen
Zündintervallen
können
Unterschiede in der Abgasrohrführung
der Zylinder zu unterschiedlicher Druckwellenbeaufschlagung in der Ventilüberschneidungsphase
und damit zu ungleichen Verhältnissen
in den jeweiligen Saugrohren 6 führen. Diese Verhältnisse
können
simuliert und bei Einzelzylinderzuordnung der Korrekturluftventile
berücksichtigt
werden. Bei nur einem, allen Zylindern gemeinsamen Korrekturluftventil
stromabwärts
einer gemeinsamen Drosselkappe ist eine solche genaue Korrektur
nicht möglich.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung in vielfältiger Weise abgeändert werden
kann. Beispielsweise können
die den einzelnen Zylindern bzw. Saugrohren zugeordneten Korrekturluftventile
auch verwendet werden, wenn jedem Saugrohr ein eigenes Gemischbildungssystem
zugeordnet ist. Des weiteren können die
Korrekturluftzusatzventile auch in Betriebszuständen eingesetzt werden, wo
das Abdampfen von Kraftstoff aus Bereichen stromoberhalb der Drosselklappen
korrigiert werden muß,
beispielsweise nach einem Kaltstartvorgang, wo sich Kraftstoff unter
Umständen
zunächst
an der gesamten, kalten Saugrohrinnenwand niederschlägt. Die
Drosselklappen 8 können
unmittelbar mechanisch mittels des Fahrpedals betätigt werden.
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- 4
- Zylinder
- 6
- Saugrohr
- 8
- Drosselklappe
- 10
- Sammelsaugrohr
- 12
- Gemischbildungseinrichtung
- 14
- Luftfilter
- 16
- Korrekturluftventil
- 18
- elektronische
Steuereinrichtung
- 20
- Eingänge
- 22
- Sensor
- 24
- Aktor