DE19839555A1 - Betrieb eines Verbrennungsmotors in der Start- und Nachstartphase - Google Patents

Abstract

Vorgestellt wird eine elektronische Steuereinrichtung zur Bildung von Kraftstoffzumeßsignalen für eine Brennkraftmaschine mit erhöhter Kraftstoffzumessung in und nach einem Start der Brennkraftmaschine, DOLLAR A - mit Mitteln zur Bildung eines Maßes für den Druck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, DOLLAR A die den Gradienten des Maßes für den Druck im Saugrohr bildet und DOLLAR A - die erhöhte Kraftstoffzumessung abhängig vom genannten Gradienten verringert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft die Bildung des Kraftstoffzumeßsignals in und nach einem Start des Verbrennungsmotors mit Saugrohreinspritzung.

Start- und Nachstartkorrekturen bei der Bildung des Kraftstoffzumeßsignals für einen Verbrennungsmotor sind bspw. aus der DE-PS 25 22 283 bekannt. Die Korrekturen wirken anreichernd und werden im weiteren Verlauf des Motorbetriebs nach einem Start abgesteuert, d. h. sukzessive ausgeschaltet.

Die Notwendigkeit der Start- und Nachstartkorrekturen ergibt sich aus dem Kraftstoffspeicherverhalten des Saugrohrs:
Eingespritzter Kraftstoff kondensiert teilweise zu einem Kraftstoffwandfilm, der an der Saugrohrwand haftet. Niedrige Temperaturen und hohe Saugrohrdrücke begünstigen die Kondensation, hohe Temperaturen und niedrige Saugrohrdrücke begünstigen die Verdampfung von Kraftstoff aus dem Wandfilm.

Die Kondensation wirkt verkleinernd auf die in den Brennraum des Verbrennungsmotors gesaugte Kraftstoffmenge. Die Verdampfung vergrößert diese Menge. Bei kaltem Motor nach einem Start überwiegt in der Regel der Einfluß der Kondensation, was bspw. durch eine Vergrößerung der Kraftstoffeinspritzimpulsbreite ausgeglichen werden kann. Grundlegende Untersuchungen zum Kraftstoffspeicherverhalten von Wandfilmen sind bspw. dem SAE Paper 810494 zu entnehmen.

Zusätzlich wird in modernen Motorsteuerungen eine Übergangskompensation (ÜK) verwendet. Diese soll den Einfluß von Wandfilmeffekten auf die Gemischzusammensetzung im Brennraum beim Übergang zwischen verschiedenen Betriebszuständen kompensieren. So tritt beim Öffnen der Drosselklappe eine Erhöhung der Wandfilmmasse und beim Schließen der Drosselklappe eine Verringerung der Wandfilmmasse auf.

Entsprechend wird die Kraftstoffzumessung über die Einspritzventile beim Öffnen der Drosselklappe zusätzlich erhöht und beim Schließen verstärkt verringert um den Effekt des Kraftstoffflusses aus dem Wandfilm zu kompensieren.

Diese Übergangskompensation wird auf den betriebswarmen Motor abgestimmt. Es hat sich gezeigt, daß bei bekannten Motorsteuerungen im Zeitbereich der ersten Sekunden nach einem Start weiterhin unerwünscht große Gemisch- Fehlanpassungen auftreten.

So wurden unter dem Einfluss einer Vergrößerung der Kraftstoffzumeßsignale infolge von Start/Nachstart- Korrekturen unter bestimmten Bedingungen auch deutliche Überfettungen des Kraftstoff/Luft-Gemisches beobachtet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Verbesserung der Kraftstoffzumeßsignalbildung in und nach einem Start des Verbrennungsmotors.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die deutlichen Überfettungen auf einen starken Abbau des Wandfilms zurückzuführen sind, der seinerseits durch den Gradienten des Saugrohrdruckes und ergänzend durch Temperatureinflüsse bestimmt wird.

Vor dem Start herrscht auf Meereshöhe in den Brennräumen Umgebungsdruck von etwa 1000 mbar. Im stabilen Leerlauf des Motors stellt sich typischerweise ein Druck von etwa 300 mbar im Saugrohr ein.

Dieser Druckabfall läßt Kraftstoff aus dem vorhandenen Wandfilm verdampfen.

Die Verdampfungsrate steigt mit steigendem Druckgradienten und wachsender Wandfilm- und Ansaugluft-Temperatur.

Erfindungsgemäß wird der Start/Nachstart-Anreicherung jeweils in den ersten Sekunden des Betriebs des Motors eine multiplikativ abmagernd wirkende Korrektur überlagert, die Druckgradienten- und temperaturabhängig ist.

Die erfindungsgemäße Lehre berücksichtigt damit den übermäßigen Wandfilmabbau, der nach einem Start bei nicht ganz kaltem Motor und großen Druckgradienten auftreten kann. Damit wird vorteilhafterweise einer starke Überfettung des Kraftstoff/Luft-Gemisches insbesondere bei einem Heißstart entgegengewirkt. Dies vermindert u. a. die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe und wirkt tendenziell verbrauchsmindernd.

Von Vorteil ist weiterhin die stetige Absteuerung der abmagernden Korrektur nach einem Start, um Drehmomentsprünge infolge einer sonst möglichen sprunghaften Anfettung durch das Ausschalten der Funktion zu verhindern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung in Form von Funktionsblöcken. Fig. 2 offenbart ein Ausführungsbsp. der Erfindung. Fig. 3 veranschaulicht ihre Wirkung und die Fig. 4 und 5 stellen um weitere Funktionen ergänzte Ausführungsbsp. der Erfindung dar.

Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert einen Verbrennungsmotor mit Sensorik 2, Stellgliedern 3 und einer elektronischen Steuereinrichtung 4.

Die Sensorik umfaßt dabei bspw. Sensoren für die Drehzahl n, die vom Motor angesaugte Luftmenge ml, die Motortemperatur Tmot, die Leerlaufstellung LL eines Leistungsstellgliedes, bspw. einer Drosselklappe sowie ggf. weitere Sensoren für Saugrohrdruck, Ansauglufttemperatur usw. Der Leerlauf kann bspw. über einen Leerlaufkontaktschalter oder auch über den Fahrerwunsch, detektiert über ein Fahrpedalpotentiometer, erfaßt werden.

Aus diesen Signalen bildet die Steuereinrichtung Ansteuersignale für Stellglieder des Motors, insbesondere Kraftstoffzumeßsignale ti zur Ansteuerung von Kraftstoffeinspritzventilen.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Bildung des Kraftstoffzumeßsignals ti.

Ein Block 2.1 gibt einen Grundwert rl für das Kraftstoffzumeßsignal aus, der bspw. als pro Hub angesaugte Luftmenge proportional zum Quotienten von ml und n bestimmt werden kann.

Dieser Grundwert wird in Blöcken 2.2 bis 2.4 multiplikativ und additiv zur Einspritzimpulsbreite ti, mit der das oder die Einspritzventile angesteuert werden, korrigiert. Die Blöcke 2.3, 2.4 und 2.5 umfassen die bekannten Korrekturen:
So wird bspw. die bekannte Start- und Nachstartanreicherung multiplikativ vorgegeben. Gleichfalls multiplikativ erfolgt die Umrechnung von Luftmenge rl in eine Kraftstoffmenge und in eine entsprechende Impulsbreite. Additiv wirkt bspw. eine Korrektur, die Batteriespannungseinflüsse berücksichtigt und u. U. auch eine Übergangskompensation (ÜK).

Der erfindungsgemäße Eingriff erfolgt multiplikativ im Block 2.2. Block 2.6 aktiviert und deaktiviert den erfindungsgemäßen Eingriff über den Schalter 2.9. Gezeichnet ist der aktivierte Zustand. Im nichtaktiven Zustand besitzt die Korrekturgröße fstva den Wert 1 und entfaltet damit keine Wirkung. Im aktiven Zustand wird im Block 2.7 der Gradient gradrl der Füllung rl gebildet. Abhängig vom Wert des Gradienten gradrl und ggf. der Motortemperatur Tmot wird bspw. durch Zugriff auf ein Kennfeld 2.8 ein Wert fstva bestimmt, der kleiner als Eins ist und damit verkleinernd auf ti und damit abmagernd wirkt.

Fig. 3 zeigt die Wirkung anhand eines zeitlichen Verlaufs der Start- und Nachstartkorrekturen unter Einschluß der Erfindung. Fig. 3a zeigt Verläufe des Saugrohrdruckes in den ersten Sekunden des Betriebes der Brennkraftmaschine. Fig. 3 b zeigt den zeitlichen Verlauf der Anreicherung ohne und mit Wirkung der Erfindung und Fig. 3c zeigt die Korrelation verschiedener Motorbetriebsparameter wie Drehzahl n, Saugrohrdruck psaug und Grundwert rl eines Kraftstoffzumeßsignals zu dem erfindungsgemäßen Faktor fstva und zu dem Gradienten rlgas der Zylinderfüllung bzw. des Grundwertes rl. Der Wert rlgas stellt ersichtlich ein Maß für den Verlauf des Saugrohrdruckes dar. rlgas entspricht dem anderer Stelle als gradrl bezeichneten Wert und kann bspw über ein Arbeitsspiel des Motors aus der Zylinderfüllung rl bestimmt werden.

Zu Fig. 3b: Während des gesamten Startvorgangs gibt es eine spezielle Berechnung der Einspritzmenge und des Einspritztimings, da während der Startphase des Motors im allgemeinen deutlich andere Kraftstoffmassen als im normalen Motorbetrieb zu dosieren sind. Dabei ergeben sich in Abhängigkeit von der Motor- und der Kraftstofftemperatur unterschiedliche Anforderungen, um einen sicheren Start zu ermöglichen. Eine erhöhte Einspritzmenge dient dem Aufbau des Kraftstoffilms an der Saugrohr- und Zylinderwand und deckt den erhöhten Kraftstoffbedarf während des Hochlaufens der Motordrehzahl ab. Dem dient der Faktor fst. Der Startfaktor fst erlaubt eine temperaturabhängige Anpassung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge um während der ersten Einspritzimpulse ausreichend viel Kraftstoff für den Wandfilmaufbau zuzumessen.

Die über den Faktor fst eingeführten Anpassungen sollen ausschließlich in der Startphase des Motors wirksam sein. Daher wird bei Erkennung des Startendes die Startanpassung zurückgenommen. Der Startfaktor fst nimmt dann den Wert 1 an. Der Faktor fst ist damit direkt an die Starterkennung, die über eine untere bzw. obere Grenzdrehzahl erfolgt, gekoppelt.

Unmittelbar nach den ersten Drehungen des Motors, d. h. nach dem Startbeginn wird die Startmehrmenge abhängig von der steigenden Drehzahl des Motors bis zum Startende abgeregelt. Während des Nachstarts, d. h. während der ersten Sekunden nach dem Startende wird eine weitere Reduzierung der noch erhöhten Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Motortemperatur und der Zeit nach dem Startende vorgenommen. In der Nachstartphase ist der Faktor fns aktiv. Ähnlich den Anforderungen in der Startphase des Motors muß auch noch nach erkanntem Startende eine spezielle Anpassung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge an den aktuellen Motorzustand erfolgen. Eingriffe in der Nachstartphase dienen dazu, Veränderungen der Gemischzusammensetzung durch Wandfilmeffekte zu kompensieren. Diese Aufgabe übernimmt ein Korrekturfaktor fns mit dem Ziel, im Nachstart ein stöchiometrisches Gemisch im Brennraum zu erzielen. Dabei kann die Mehr- oder Minderkorrektur über last- und temperaturabhängige Kennfelder eingestellt werden.

Der Korrekturfaktor fns wird noch vor dem Erreichen der normalen Betriebstemperatur auf den Neutralwert 1 zurückgenommen.

Der Nachstart geht fließend in den Warmlauf über, in dem ein Faktor fwl aktiv ist. Nach Beendigung des Warmlaufes besitzen die Faktoren fst, fns und fwl jeweils den Wert Eins.

Fig. 3a zeigt Saugrohrdruckverläufe 1, 2 beim Start und unmittelbar nach dem Start des Motors. Vor dem Start herrscht im Saugrohr Umgebungsdruck, also etwa 1000 mbar. Bei laufendem Motor stellt sich im Leerlauf bei geschlossener Drosselklappe ein Saugrohrdruckwert von etwa 300 mbar ein. Der Gradient, d. h. die Steigung dieser Kurven 1, 2 beeinflußt stark die Verdampfung aus dem Wandfilm und wird erfindungsgemäß in der Start und Nachstartphase bei der Bildung des Kraftstoffzumeßsignals berücksichtigt. Je steiler die Kurve verläuft, desto stärker verdampft der Kraftstoff aus dem Wandfilm.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Berücksichtigung dieses Effektes durch eine ergänzende, abmagernd wirkende Korrektur des Kraftstoffzumeßsignals. Je steiler die Saugrohrdruckkurve verläuft, desto kleiner wird der ergänzende Faktor aus dem Kennfeld 2.8.

Die Wirkung dieser Korrektur wird durch die Linien 1 und 2 in Fig. 3b dargestellt. Diese entsprechen dem Wert des Korrekturfaktors mit der ergänzenden Korrektur durch den Faktor fstva, der immer kleiner oder gleich Eins ist. Dabei erfolgt bei steilerem Gradienten in Fig. 3a eine stärker abmagernd wirkende Korrektur. Zur Kurve 1 in Fig. 3a korrespondiert die punktierte Kurve 1 in Fig. 3b. Entsprechend korrespondieren die mit der Ziffer 2 gekennzeichneten Kurven.

Die ergänzend abmagernde Korrektur soll nur in den ersten Sekunden des Motorbetriebs aktiv sein. Fig. 4 offenbart Ausführungsbeispiele von Ausschaltbedingungen. So wird die Korrektur bspw. nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung nach dem Startende abgebrochen. Dabei wird das Startende durch das Erreichen einer ersten Drehzahlschwelle nach dem Betätigen des Anlassers definiert. Dazu dient Block 4.1. Die vorbestimmte Zeitverzögerung tv im Block 4.2 beträgt vorzugsweise 1 bis 3 Sekunden.

Alternativ wird die Funktion ausgeschaltet, wenn innerhalb der ersten Sekunden nach dem Start der Leerlauf verlassen wird, was z. B. durch ein Öffnen eines Leerlaufschalters im Block 4.3 festgestellt werden kann. Dies ist typischerweise dann der Fall, wenn der Fahrer das Gaspedal betätigt. Die dann öffnende Drosselklappe hat einen Saugrohrdruckanstieg bzw. eine Verlangsamung des Saugrohrdruckabfalls zur Folge. Die erfindungsgemäße ergänzende Korrektur ist dann nicht nötig.

Gar nicht erst eingeschaltet wird die Funktion dann,wenn die Abstellzeit tabst des Motors einen vorbestimmten Schwellwert tabst-Schwell überschreitet. In diesem Fall ist entsprechend kein Wandfilmabbau vorhanden, der die bekannten Startkorrekturen stören könnte.

Von Vorteil ist weiterhin ein stetiges Verschwinden der ergänzenden Korrektur um Drehmomentsprünge durch sprungartiges Ausschalten zu vermeiden. Ein stetiges Verschwinden kann dadurch erzielt werden, daß die Korrektur fstva beim Ausschalten stetig auf den Wert 1 geführt wird.

Dies wird durch Fig. 5 repräsentiert. Solange die Ausschaltbedingungen nicht vorliegen, sind die Schalter 5.2 und 5.3 in der gezeichneten Stellung, so daß der Faktor fstva ohne Änderung auf die Einspritzeitbildung im Block 2.2 einwirkt. Wenn die Ausschaltbedingungen dagegen erfüllt werden, werden die Schalter 5.2 und 5.3 betätigt und der Faktor fstva dem Block 5.1 zugeführt. Block 5.1 verarbeitet sein Eingangssignal stetig zum Wert 1. D.h.: Am Ausgang des Blockes 5.1 liegt anfangs das Eingangssignal. Im weiteren Verlauf wird dieses stetig, bspw. nach einer e-Funktion, auf den Wert 1 geführt.

Claims (9)

1. Elektronische Steuereinrichtung zur Bildung von Kraftstoffzumeßsignalen für eine Brennkraftmaschine mit erhöhter Kraftstoffzumessung in und nach einem Start der Brennkraftmaschine,

• - mit Mitteln zur Bildung eines Maßes für den Druck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - die elektronische Steuereinrichtung den Gradienten des Maßes für den Druck im Saugrohr bildet und
• - die erhöhte Kraftstoffzumessung abhängig vom genannten Gradienten verringert.

2. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel zur Erfassung einer Temperatur im Bereich der Brennkraftmaschine vorgesehen sind und daß die erhöhte Kraftstoffzumessung ergänzend in Abhängigkeit von der genannten Temperatur verringert wird.

3. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung ausgeschaltet wird, wenn die dem Start vorhergehende Abstellzeit der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

4. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung ausgeschaltet wird, wenn das Überschreiten einer ersten Drehzahlschwelle nach dem Start als Startende eine Verzögerungszeit auslöst und diese Verzögerungszeit tv abgelaufen ist.

5. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung ausgeschaltet wird, wenn der Leerlaufbetrieb verlassen wird.

6. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung nach dem Ausschalten stetig erfolgt.

7. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für den Saugrohrdruck der Saugrohrdruck selbst gemessen wird oder daß ein Maß für den Saugrohrdruck aus einem Signal über die Ansaugluftmenge und/oder die Zylinderfüllung der Brennkraftmaschine abgeleitet wird.

8. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für den Saugrohrdruck ein Grundwert rl für das Kraftstoffzumeßsignal, bspw. ein als pro Hub angesaugte Luftmenge, die proportional zum Quotienten von angesaugter Luftmenge ml und n bestimmt werden kann, verwendet wird.

9. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Temperatur der Brennkraftmaschine die Kühlmitteltemperatur oder die Schmiermitteltemperatur oder die Temperatur der Ansaugluft der Brennkraftmaschine verwendet wird.