DE4335762C2 - Verfahren zur Steuerung eines Zweitakt-Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Zweitakt-Verbrennungsmotors

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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 Laufruhe 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 Laufruhe, 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 hervor und werden in der Beschreibung näher erläutert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung näher beschrieben, wobei
Fig. 1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 ein weiteres 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 übersteigt, so wird in Block 7 der im Kennfeld F abgelegte Wert fsollum 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 fist 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 fsollaus 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 diese (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 diese (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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