DE4335762A1 - Verfahren zur Steuerung eines Zweitakt-Verbrennungsmotors - Google Patents
Verfahren zur Steuerung eines Zweitakt-VerbrennungsmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Zwei
takt-Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung im unteren
Lastbereich gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 37 35 595 ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor mit
Kraftstoffeinspritzung bekannt, bei dem die Zufuhr von Kraft
stoff zum Brennraum im Teillastbereich in Abhängigkeit von
Betriebsparametern durch ein Ventil gestattet oder verhindert
wird.
Außerdem ist aus der DE-OS 39 11 016 ein Verfahren zum Betreiben
eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit einer elektronisch
gesteuerten direkten Kraftstoffeinspritzung bekannt, wobei die
Kraftstoffeinspritzung im Leerlauf und im unteren Teillast
bereich intermittierend erfolgt.
Schließlich ist aus der DE-PS 36 27 471 ein Verfahren zur
Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr bekannt. Hierzu wird ein
betriebsparameterabhängiges Kennfeld verwendet, wodurch eine
unvollständige Verbrennung einer nicht zündfähigen Zylinder
füllung vermieden werden soll.
Der Nachteil bei den genannten Verfahren liegt darin, daß die
Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr bei fest vorgegebenen Be
triebsbedingungen gestartet und jeweils für einen fest vorge
gebenen Zeitraum aufrechterhalten wird. Dabei wird nicht berück
sichtigt, daß der für die Zündfähigkeit ausschlaggebende Rest
gasgehalt im Brennraum sowie die Verteilung des Restgases im
Brennraum bedingt durch Fertigungstoleranzen für jeden Motor
unterschiedliche Werte annehmen kann, als auch, daß sich der
Restgasgehalt im Laufe des Motorbetriebs zum Beispiel durch
Ablagerungen im Ein- und Auslaß, durch verschleißbedingte
Undichtheiten im Einlaß- und Auslaßsystem und durch eine
verschleißbedingte Änderung des Reibmitteldruckes verändert.
Schließlich wird bei den bekannten Verfahren auch nicht der
Einfluß, welcher durch Verschleiß, Fertigungstoleranzen und
Verschmutzung auf die Zündsicherheit ausgeübt wird,
berücksichtigt.
Bei den bekannten Verfahren könnten zwar diese Unsicherheiten
bis zu einem gewissen Grad dadurch aufgefangen werden, daß die
Anzahl der Arbeitstakte ohne Kraftstoffeinspritzung soweit er
höht wird, daß unter allen Betriebsbedingungen genügend Sauer
stoff im Brennraum zur Verfügung steht und somit der einge
spritzte Kraftstoff sicher verbrannt wird. Unter normalen
Bedingungen würde dadurch aber die Zündhäufigkeit des Motors und
dadurch die Lauf ruhe und der Fahrkomfort verringert werden.
Umgekehrt könnte die Anzahl der Arbeitstakte ohne Kraftstoff
einspritzung sehr niedrig gewählt werden. Dadurch würde sich
aber die Wahrscheinlichkeit erhöhen, daß der eingespritzte
Kraftstoff nicht verbrannt wird, was wiederum eine Erhöhung des
Kraftstoffverbrauchs und eine Verschlechterung der HC-Emissionen
zur Folge hätte.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur
Steuerung von Zweitakt-Verbrennungsmotoren im unteren Last
bereich zu schaffen, bei dem die Zahl der Arbeitstakte ohne
Kraftstoffzufuhr ständig an den tatsächlichen Zustand des Motors
adaptiv angepaßt wird, so daß ein optimaler Kompromiß zwischen
Lauf ruhe, Emissionen und Kraftstoffverbrauch erzielt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupt
anspruches gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die
Anzahl der Arbeitstakte, bei der die Kraftstoffzufuhr unter
brochen wird, laufend angepaßt wird. Das heißt die Kraftstoff
zufuhr wird solange unterbrochen, bis das im Brennraum befind
liche Restgas soweit durch Frischluft verdrängt worden ist, daß
der eingespritzte Kraftstoff auch tatsächlich verbrannt werden
kann. Dadurch werden Verbrennungsaussetzer vermieden oder
zumindest vermindert und somit der Schadstoffausstoß des Motors
verbessert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Ver
fahrens gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung
hervor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung
näher beschrieben, wobei
Fig. 1 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 ein weiters Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeigt.
Das Verfahren ist für den Betrieb einer Zweitakt-Brennkraft
maschine im unteren Lastbereich, einschließlich Leerlauf, und
zum Teil im Schubbetrieb vorgesehen und bezieht sich primär auf
quantitätsgeregelte, d. h. mittels Drosselklappe lastgesteuerte
Brennkraftmaschinen. Prinzipiell ist aber auch eine Anwendung
bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen möglich. Der gültige
Lastbereich kann dadurch ausgewählt werden, daß die im Kennfeld
F abgelegte Anzahl fsoll der Arbeitstakte ohne Kraftstoffein
spritzung, bzw. Kraftstoffzufuhr für den restlichen, also
außerhalb des unteren Lastbereichs liegenden Betriebsbereich auf
Null gesetzt wird. Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen wird
der Zündvorgang, d. h. Zündhäufigkeit und Zündreihenfolge, nicht
beeinflußt und daher im folgenden auch nicht näher beschrieben.
Der Grundgedanke des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens besteht
darin, den nächsten Verbrennungsvorgang zum frühestmöglichen
Zeitpunkt einzuleiten. Hierzu wird vor jedem Einspritzvorgang
überprüft, ob die Verbrennungsbedingungen im Brennraum,
insbesondere die Sauerstoffkonzentration, so günstig sind, daß
nach dem Einspritzen von Kraftstoff eine fremd- oder selbstge
zündete Verbrennung stattfinden kann. Wird hierbei festgestellt,
daß das Arbeitsgas im Brennraum noch nicht zündfähig ist, so
wird das Einspritzen von Kraftstoff verhindert und die Über
prüfung der Zündfähigkeit nach einer Zeitspanne df2 wiederholt.
Im Einzelnen läuft das Verfahren wie folgt ab:
Nach dem Start des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens in Block 1
wird in Block 2 der erste Kraftstoff-Einspritzvorgang gestartet
und anschließend in Block 3 der Wert für fist initialisiert.
Danach wird in Block 4 die Zahl der Arbeitstakte fsoll, für die
die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen werden soll, aus einem
betriebsparameterabhängigen Kennfeld F ausgelesen und
anschließend in Block 5 überprüft, ob die vorgegebene Zahl von
Arbeitstakten fsoll verstrichen ist. Ist dies nicht der Fall, so
wird solange an den Beginn des Blockes 5 zurückverzweigt, bis
die vorgegebene Zahl von Arbeitstakten fsoll verstrichen ist.
Im nächsten Block 6 wird dann geprüft, ob im Brennraum günstige
Bedingungen für die Einleitung eines Zündvorgangs vorliegen. Die
Zündfähigkeit ist dann gegeben, wenn die Bedingungen im Brenn
raum, z. B. hinsichtlich Menge und Verteilung von Frischluft so
sind, daß nach einer Einspritzung und Zündung tatsächlich auch
eine Verbrennung stattfinden würde. Die Überprüfung kann dabei
durch den Vergleich eines oder mehrerer Betriebsparameter mit
vorgegebenen Schwellwerten erfolgen. Zum Beispiel kann die im
Abgas oder im Arbeitsgas enthaltene Sauerstoffkonzentration
ausgewertet werden, wobei die Bestimmung der Sauerstoffkonzen
tration mit Hilfe einer schnellen Lambdasonde erfolgen kann.
Ersatzweise können zur Bestimmung der Zündfähigkeit auch die
Konzentrationen von Verbrennungsprodukten im Abgas, wie bei
spielsweise Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und
Stickoxide herangezogen werden. In diesem Fall ist die Zünd
fähigkeit dann gegeben, wenn die Konzentrationen der Ver
brennungsprodukte vorgegebene Grenzwerte unterschreiten.
In Abhängigkeit von der Zündfähigkeit wird dann anschließend der
im Kennfeld F abgelegte Wert fsoll adaptiv korrigiert. Ist die
Zündfähigkeit in Block 6 nicht gegeben, beispielsweise wenn die
Sauerstoffkonzentration im Abgas einen vorgegebenen Schwellwert
nicht überstiegt, so wird in Block 7 der im Kennfeld F abgelegte
Wert fsoll um einen Wert df2 erhöht und anschließend in Block 8
überprüft, ob fsoll einen vorgegebenen Maximalwert fmax über
steigt. Übersteigt fsoll den Maximalwert fmax, so wird die Adap
tion abgebrochen und zurück zum Beginn des Blockes 2 gesprungen,
wo durch Einspritzen von Kraftstoff der nächste Verbrennungsvor
gang ermöglicht wird. Falls der angepaßte Wert fsoll den Maxi
malwert fmax nicht übersteigt, wird dieser in Block 9 in das
Kennfeld F abgelegt und anschließend an den Beginn von Block 5
zurückgesprungen. Hier wird solange in den Beginn des Blockes 5
zurückverzweigt, bis der Wert bist den neuen Sollwert fsoll
erreicht. Dieser Teilzweig des Verfahrens wird dabei solange
durchlaufen, bis entweder in Block 8 der Maximalwert fmax über
schritten und somit die Adaption abgebrochen oder in Block 6 die
Zündfähigkeit erkannt wird.
Im zweiten Fall, das heißt wenn die Zündfähigkeit erkannt wird,
wird in Block 10 der Wert für fsoll um einen Wert df1 ver
ringert. Dabei können die Schrittweiten df1 und df2 der Anpas
sung unterschiedliche Werte besitzen. Da der Wert fsoll aus
Plausibilitätsgründen einen vorgegebenen Minimalwert fmin nicht
unterschreiten darf, wird in Block 11 diese Bedingung überprüft
und in Block 12 gegebenenfalls der Wert auf fsoll=fmin festge
setzt. Anschließend wird in Block 13 der korrigierte Wert fsoll
in das Kennfeld F übernommen, bevor dann zur Fortsetzung des
Verfahrens wieder an den Beginn von Block 2 zurückgesprungen
wird.
Die Anzahl fsoll der Arbeitstakte ohne Kraftstoffeinspritzung
wird auf einen Wert zwischen den Grenzen fmin beziehungsweise
fmax eingeschränkt, um auch bei einer fehlerhaften Überprüfung
der Zündfähigkeit, beispielsweise in Folge eines Defekts an der
Sensorik, einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine
sicherzustellen. Der untere Grenzwert wird vorzugsweise auf
fmin=0 festgelegt.
Mit den beschriebenen Verfahren können Einspritzungen ohne Ver
brennung vermieden werden. Bei einem alternativen Verfahren
können aber auch Einspritzungen ohne oder mit unvollständiger
Verbrennung in begrenztem Umfang zugelassen werden. Dieses Ver
fahren wird verwendet, wenn die zur Bestimmung der Zündfähigkeit
des Arbeitsgases erforderliche Sensorik nicht angewendet werden
kann. Dabei wird der Kraftstoff jeweils nach einer in einem
Kennfeld abgelegten Anzahl von ausgeblendeten Arbeitstakten
eingespritzt. Nach der anschließenden Zündung wird dann
überprüft, ob eine Verbrennung stattgefunden hat. Solange hier
bei eine ordnungsgemäße Verbrennung erkannt wird, wird die im
Kennfeld abgelegte Anzahl von einspritzlosen Arbeitstakten fsoll
dekrementiert. Erst nachdem keine Verbrennung mehr erfolgt, wird
die Anzahl fsoll wieder inkrementiert. Obwohl bei diesem Ver
fahren gegenüber dem ersten Verfahren eine Erhöhung der HC-
Emissionen bewußt in Kauf genommen wird, können dennoch bessere
Emissionswerte, als mit einer Aussetzerregelung ohne jegliche
adaptive Anpassung, erreicht werden.
Dieses Verfahren ist in Fig. 2 dargestellt, wobei gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Im Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren wird hier nun in
Block 6 durch Analyse der Drehungleichförmigkeit oder durch Aus
wertung des Signals eines Brennraumdruckaufnehmers überprüft, ob
nach der Kraftstoffeinspritzung in Block 14 und anschließender
Zündung eine ordnungsgemäße Verbrennung stattgefunden hat. Ist
eine ordnungsgemäße Verbrennung erfolgt, so wird fsoll analog
zum ersten Verfahren stufenweise vermindert, wobei die vorge
gebenen Minimalwerte fmin nicht unterschritten werden. Dabei
können die Schrittweiten der Anpassung ebenfalls unterschied
liche Werte, beispielsweise df1=0.5 und df2=3, besitzen. Hat
dagegen keine oder nur eine unvollständige Verbrennung statt
gefunden, so wird fsoll um ein vorgegebenes df2 erhöht und der
korrigierte Wert in das Kennfeld F übernommen, um bei der
nächsten Einspritzung die Verbrennungswahrscheinlichkeit zu
erhöhen. Da vor der nächsten Überprüfung der Zündbedingung in
Block 14 erneut Kraftstoff eingespritzt wird, erfolgt in Block
15 eine Reduktion der Kraftstoffeinspritzmenge für den nächsten
Einspritzvorgang.
Claims (6)
1. Verfahren zur Steuerung eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit
Kraftstoffeinspritzung im unteren Lastbereich, bei dem in
Abhängigkeit von Betriebsparametern die Zufuhr von Kraftstoff
zum Brennraum unterbrochen oder freigegeben wird,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß für jeden Einspritzvorgang die Zahl der Arbeitstakte (fsoll), für die die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen werden soll, aus einem betriebsparameterabhängigen Kennfeld (F) ausgelesen wird,
- - daß die Kraftstoffzufuhr für (fsoll) Arbeitstakte unterbrochen wird,
- - daß nach Ablauf der (fsoll) Arbeitstakte ohne Kraftstoffzufuhr die Zündfähigkeit des Arbeitsgases überprüft wird, und
- - daß das Kennfeld (F) in Abhängigkeit von der Zündfähigkeit des Arbeitsgases adaptiv korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitsgas als zündfähig erkannt wird, falls die im
Abgasstrom der Brennkraftmaschine gemessene Sauerstoff-
Konzentration einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitsgas als zündfähig erkannt wird, falls die im
Abgasstrom enthaltene Konzentration eines oder mehrerer
Verbrennungsprodukte vorgegebene Schwellwerte unterschreiten.
4. Verfahren zur Steuerung eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit
Kraftstoffeinspritzung im unteren Lastbereich, bei dem in
Abhängigkeit von Betriebsparametern die Zufuhr von Kraftstoff
zum Brennraum unterbrochen oder freigegeben wird,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß für jeden Einspritzvorgang die Zahl der Arbeitstakte (fsoll), für die die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen werden soll, aus einem betriebsparameterabhängigen Kennfeld (F) ausgelesen wird,
- - daß nach Ablauf der (fsoll); Arbeitstakte Kraftstoff einge spritzt und anschließend überprüft wird, ob eine Verbrennung erfolgt ist, und
- - daß das Kennfeld (F) in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung des Verbrennungsvorgangs adaptiv korrigiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überprüfung der Verbrennungsvorgangs durch Analyse der
Drehungleichförmigkeit und/oder durch Auswertung des Signals
eines Brennraumdruckgebers erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß dann, wenn bei der Überprüfung erkannt wird, daß keine
Verbrennung erfolgt ist, beim nächsten Einspritzvorgang eine
reduzierte Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
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