DE19749992A1 - Verfahren und Anordnung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Magerbetrieb - Google Patents

Verfahren und Anordnung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Magerbetrieb

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Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Magerbetrieb, wobei im eingeschalteten Magerbetrieb eine Einrichtung aktiviert wird, die das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum in erhöhte Bewegung versetzt und die Einrichtung deaktiviert wird, wenn vom Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird.
Wie aus der DE 44 18 112 A1 hervorgeht, ist es insbesondere wegen der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bekannt, Brennkraftmaschinen nur dann, wenn eine hohe Leistung verlangt wird - im oberen Lastbereich und bei Vollast des Motors - bei stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) zu betreiben, dagegen bei niedrigerer Last und Leerlauf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen.
Beim Magerbetrieb wird der Kraftstoff mit einem Luftüberschuß verbrannt. Mit steigendem Luftüberschuß verschlechtert sich aber die Zündfähigkeit des Kraftstoff- Luft-Gemisches. Damit eine sichere Zündung des mageren Gemisches gewährleistet ist, werden Vorrichtungen verwendet, die eine erhöhte Bewegung des Kraftstoff-Luftgemisches im Brennraum des Motors erzeugen und damit die Entflammbarkeit verbessern. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0112494 A1 oder der DE 36 19 956 A1 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Einrichtung, mit der die Ventile des Brennraums variabel steuerbar sind. Durch eine Veränderung der Ventilstellungen kann nämlich im Brennraum eine Verwirbelung des Gemisches hervorgerufen werden.
Die genannte Vorrichtung zur Verbesserung der Bewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des Motors wird immer dann aktiviert, wenn auf Magerbetrieb umgeschaltet wird und deaktiviert, wenn vom Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb übergegangen wird. Es gibt also einen Betriebsbereich, in dem eine verstärkte Bewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stattfindet und einen Betriebsbereich in dem die Gemischbewegung geringer ist. Beim Umschalten zwischen beiden Bereichen treten Gemischinhomogenitäten auf, die das abgegebene Moment des Motors beeinflussen, wodurch wiederum das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinträchtigt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die bewirken, daß Ein- und Abschaltvorgänge der Vorrichtung zur Erhöhung der Gemischbewegung einen möglichst geringen Einfluß auf das Motormoment haben.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 dadurch gelöst, das nach Einschalten der Einrichtung zur Erhöhung der Bewegung des Kraftstoff- Luft-Gemisches die Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer verringert und nach Abschalten der Einrichtung die Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer erhöht wird. Mit diesen Maßnahmen wird verhindert, daß beim Einschalten der Vorrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung kein zu fettes Gemisch entsteht und beim Abschalten der Einrichtung kein zu mageres Gemisch gebildet wird. Damit werden Gemischinhomogenitäten, die das Motormoment beeinflussen, weitgehend verringert.
Gemäß Unteransprüchen ist es vorteilhaft, daß der Beginn der Kraftstoff-Verringerung nach dem Einschalten der Einrichtung zur Verstärkung der Gemisch-Bewegung und der Beginn der Kraftstoff-Erhöhung nach dem Abschalten der Einrichtung jeweils einer von der Motordrehzahl abhängigen Kennlinie entnommen wird, und daß das Maß für die Kraftstoff-Erhöhung bzw. -verringerung jeweils einer von der Motordrehzahl abhängigen Kennlinie entnommen wird.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Funktionsdiagramm zur Bemessung einer Mehr- bzw. Mindermenge an Kraftstoff beim Zu- oder Abschalten einer Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung im Brennraum und
Fig. 2 ein Zeitdiagramm dieser Zu- und Abschaltvorgänge.
Es wird von einem Motor ausgegangen, der nur im oberen Lastbereich und bei Vollast mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch, ansonsten aber mit einem mageren Gemisch betrieben wird. Um der Abnahme der Zündfähigkeit eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches entgegenzuwirken, ist eine Einrichtung vorgesehen, die das Kraftstoff-Luft- Gemisch im Brennraum des Motors in eine erhöhte Bewegung versetzt, wodurch sich die Entflammbarkeit des Gemisches verbessert. Sobald also der Motor auf Magerbetrieb umschaltet, wird diese Einrichtung aktiviert, und beim Übergang vom Magerbetrieb auf den stöchiometrischen Betrieb wird die Einrichtung wieder deaktiviert.
Beim Einschalten der Einrichtung zur Erzeugung einer höheren Gemisch-Bewegung entsteht kurzzeitig eine verminderte Zylinderfüllung, also ein zu fettes Gemisch. Beim Abschalten der Einrichtung dagegen entsteht kurzzeitig eine vergrößerte Zylinderfüllung, also ein zu mageres Gemisch. Diese Gemischinhomogenitäten führen zu einer Schwankung des Motormoments. Um den Einfluß der Ein- bzw. Abschaltung der Einrichtung auf das Motordrehmoment zu verringern, wird der Anfettung des Gemisches nach dem Einschalten der Einrichtung dadurch entgegengewirkt, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer verringert wird. Die kurzzeitige Abmagerung des Gemisches nach dem Abschalten der Einrichtung wird dadurch kompensiert, daß für eine vorgebbare Zeitdauer die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird.
Die Steuerung für die kurzzeitige Verringerung bzw. Erhöhung der Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Ein- bzw. Abschalten der Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung wird nun anhand des in Fig. 1 dargestellten Funktionsdiagramms und des in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramms erläutert.
Ein Bit B_drk kennzeichnet den Ein- bzw. Abschaltvorgang der nicht dargestellten Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch- Bewegung im Brennraum des Motors. Wie das Zeitdiagramm in Fig. 2 verdeutlicht, befindet sich das Bit B_drk zunächst im nicht gesetzten Zustand, das heißt, der Motor befindet sich im Magerbetrieb und die Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung ist eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t1 geht der Motor über in einen oberen Lastbereich, der Magerbetrieb wird umgeschaltet auf stöchiometrischen Betrieb; damit wird die Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung abgeschaltet und das Bit B_drk gesetzt. Nach einer gewissen Zeit des stöchiometrischen Betriebes erfolgt zum Zeitpunkt t2 wiederum ein Umschalten in den Magerbetrieb, die Einrichtung für die Erhöhung der Gemisch-Bewegung wird eingeschaltet und damit das Bit B_drk wieder zurückgesetzt.
Das beschriebene Bit B_drk liegt, wie Fig. 1 zeigt, an einem ersten Verzögerungsglied VZ1 und einem zweiten Verzögerungsglied VZ2 an. Auf das erste Verzögerungsglied VZ1 folgt eine erste Entscheiderstufe E1 und auf das zweite Verzögerungsglied VZ2 folgt eine zweite Entscheiderstufe E2. Die erste Entscheiderstufe E1 gibt an seinem Ausgang ein Signal ab, wenn eine positive Flanke des Bits B_drk erscheint, wenn nämlich die Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung abgeschaltet wird. Die zweite Entscheiderstufe E2 gibt nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn eine negative Flanke des Bits B_drk erscheint, was bei Einschalten der Vorrichtung zur Erhöhung der Gemisch- Bewegung der Fall ist.
Mit dem Ausgangssignal der Entscheiderstufe E1 wird über eine monostabile Kippstufe TF1 ein Schalter S1 von einem Zustand 0.0 auf den Ausgang eines Schaltblocks mit einer Kennlinie KLF1 umgelegt. Nach einer Verzögerungszeit T1 schaltet die Kippstufe TF1 den Schalter wieder auf den Zustand 0.0 zurück.
Die Kennlinie KLF1 liefert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n ein Maß für die Erhöhung der Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um die Abmagerung des Gemisches nach Abschalten der Einrichtung für die Erhöhung der Gemisch-Bewegung erforderlich ist. Der aus der Kennlinie KLF1 entnommene Wert wird über den Schalter S1 auf einen Verknüpfungspunkt ADD geführt, in dem er einem Gemischfaktor fri additiv überlagert wird. Dieser Gemischfaktor fri steht für das aktuelle Kraftstoff-Luft-Gemisch, bei dem die unerwünschte Anfettung bzw. Abmagerung des Gemisches unmittelbar nach dem Zuschalten bzw. Abschalten der Einrichtung für die Erhöhung der Gemisch-Bewegung auftritt.
Stellt dagegen die zweite Entscheiderstufe E2 eine negative Flanke des Bits B_drk fest, so bewirkt eine zweite monostabile Kippstufe DF2 ein Umschalten eines zweiten Schalters S2 vom Zustand 0 auf den Eingang eines Schaltblocks mit der Kennlinie KLF2. Die Kennlinie KLF2 gibt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n ein Maß für die Verringerung der Kraftstoffmenge unmittelbar nach Zuschalten der Einrichtung zur Erhöhung der Gemisch-Bewegung an. Für die Zeitdauer T2, in der die monostabile Kippstufe TF2 den Schalter S2 auf den Ausgang des Schaltblocks mit der Kennlinie KLF2 gelegt hat, wird der aus der Kennlinie KLF2 entnommene Wert für die Verringerung der Kraftstoffmenge dem Verknüpfungspunkt ADD zugeführt und dieser Wert vom aktuellen Gemischfaktor fri subtrahiert.
Der am Ausgang des Verknüpfungspunktes ADD entnehmbare kompensierte Gemischfaktor fro ist also in dem Fall des Abschaltens der Einrichtung für die Erhöhung der Gemisch- Bewegung gegenüber dem aktuellen Gemischfaktor fri erhöht und in dem anderen Falle des Zuschaltens der Einrichtung verringert.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Funktionsdiagramms wird durch das Zeitdiagramm in Fig. 2 nochmals verdeutlicht. Wie der Verlauf des Gemischfaktors fro am Ausgang des Verknüpfungspunktes ADD zeigt, entspricht dieser Gemischfaktor fro bis zum Zeitpunkt t1 einem Gemischfaktor frim im Magerbetrieb. Zum Zeitpunkt t1 erfolgt die Umschaltung vom Magerbetrieb in den stöchiometrischen Betrieb, das heißt, der Gemischfaktor fro steigt auf den Gemischfaktor friv an. Nach einer Verzögerungszeit T1, die das erste Verzögerungsglied VZ1 verursacht, erfolgt für die Zeitdauer T1, vorgegeben durch die monostabile Kippstufe TF1 die aus dem Kennfeld KLF1 herausgelesene Erhöhung des Gemischfaktors fro. Die Erhöhung des Gemischfaktors fro erfolgt also nicht unmittelbar mit Abschalten der Einrichtung für die Erhöhung der Gemisch-Bewegung zum Zeitpunkt t1 sondern um eine gewisse Zeit T1 verzögert. Diese Verzögerungszeit T1 wird einer von der Motordrehzahl n abhängigen Kennlinie KLT1 entnommen.
Erfolgt nun zum Zeitpunkt t2 wiederum ein Übergang in den Magerbetrieb und damit ein Einschalten der Einrichtung für die Erhöhung der Gemisch-Bewegung, so wird nach einer Verzögerungszeit T2 der Gemischfaktor fro um die von der zweiten monostabilen Kippstufe TF2 vorgegebene Zeit T2 um den aus der Kennlinie KLF2 abgeleiteten Wert vermindert.
Die Zeiten T1, T1 und T2, T2 und das Maß für die Erhöhung bzw. Verringerung der Kraftstoffmenge während der Zeiten T1 und T2 werden durch die Kennlinien KLF1, KLT1, KLF2, KLT2 so optimiert, daß sich das Umschalten vom Magerbetrieb auf stöchiometrischem Betrieb und umgekehrt möglichst wenig auf das Motormoment auswirkt. Während in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 die Zeiten T1 und T2 für die Erhöhung bzw. Verringerung der Kraftstoffmenge durch die monostabilen Kippstufen TF1, TF2 vorgegeben sind, ist es auch möglich, diese Zeiten T1 und T2 aus drehzahlabhängigen Kennlinien zu entnehmen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Magerbetrieb, wobei im eingeschalteten Magerbetrieb eine Einrichtung aktiviert wird, die das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum in erhöhte Bewegung versetzt und die Einrichtung deaktiviert wird, wenn vom Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einschalten der Einrichtung die Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer (T2) verringert wird und daß nach Abschalten der Einrichtung die Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer (T1) erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Kraftstoff-Verringerung nach dem Einschalten der Einrichtung und der Beginn der Kraftstoff-Erhöhung nach dem Abschalten der Einrichtung jeweils einer von der Motordrehzahl (n) abhängigen Kennlinie (KLT1, KLT2) entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß für die Kraftstoff-Erhöhung bzw. -Verringerung jeweils einer von der Motordrehzahl (n) abhängigen Kennlinie (KLF1, KLF2) entnommen wird.
4. Anordnung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Magerbetrieb, welche eine Einrichtung aufweist, die bei eingeschaltetem Magerbetrieb das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum in erhöhte Bewegung versetzt und bei abgeschaltetem Magerbetrieb deaktiviert ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (KLT1, VZ1, E1, TF1, KLF1, S1, KLT2, VZ2, E2, TF2, KLF2, S2, ADD) vorhanden sind, die nach Einschalten der Einrichtung die Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer (T2) verringern und nach Abschalten der Einrichtung die Kraftstoffmenge für eine vorgebbare Zeitdauer (T1) erhöhen.
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