DE60209209T2

DE60209209T2 - Verfahren zum Kontrollieren einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60209209T2
Application number: DE60209209T
Authority: DE
Inventors: Göran ALMKVIST; Klaas Burgdorf; Lars Mikael Fredriksson; Henrik Hakansson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: EP1367247A1; US6941927B2; US20040025836A1; EP1367247B1; DE60209209D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung schafft die Möglichkeit, die Leerlaufgeschwindigkeit als eine Funktion des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach dem Start zu verändern.
STAND DER TECHNIK
Es ist allgemein bekannt, dass eine Schwankung der Flüchtigkeit des Benzins mit Rücksicht auf Fahrverhalten bei der Kaltstarteichung zu größeren Problemen führen kann, wenn man versucht, eine geringe Abgasemission zu erreichen. Wenn man unter Einsatz einer mageren Startstrategie startet, vergrößert man gewöhnlich das Problem.
Der übliche Weg zur Lösung dieses Problems ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bis zu einem Ausmaß zu erhöhen, dass die meisten Schwankungen der Flüchtigkeit innerhalb den Grenzen des Fahrverhaltens liegen. Derartige Luft/Kraftstoff-Verhältnisse haben einen fetten Luft-Einflussfaktor λ im Bereich von 0,7–0,9. Definitionsgemäß wird ein Luft-Einflussfaktor λ kleiner als 1 als „fett" bezeichnet, während ein Wert, der größer als 1 ist, als „mager" bezeichnet wird. Der Luft-Einflussfaktor ist definiert als die Menge an Ansaugluft geteilt durch die theoretisch benötigte Luft, wobei das ideale stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,5 Teile Luft und 1 Teil Kraftstoff) einen Luft-Einflussfaktor von λ = 1 aufweist. Die Leerlaufgeschwindigkeit wird üblicherweise dadurch gesteuert, dass man eine zeitlich richtige Anpassung der Drossel und/oder der Zündung vornimmt.
Wird diese fette Einstellung vorgenommen, dann führt dies während der kritischen Aufwärmphase, bevor der Katalysator seine Arbeits- oder „Licht-aus"-Temperatur erreicht hat, zu einem signifikanten Anstieg der Kohlenwasserstoffe (HC) und der Kohlenmonoxide (CO) in den Abgasemissionen des Motors. 1 zeigt, wie die HC-Emission mit einer Verringerung des Luft-Einflussfaktors λ anwächst.
Wenn die Leerlaufgeschwindigkeit bei einer üblichen Verbrennungskraftmaschine zu hoch angesetzt wird, dann erhöht sich der Kraftstoffverbrauch und folglich auch die Abgasemissionen. Der Fahrer könnte auch auf die erhöhte Geräuschentwicklung des Motors reagieren. Für Fahrzeuge mit einem Automatikgetriebe verursacht dies eine merkbare, schlagartige Anfangsbewegung, wenn der erste oder der Rückwärtsgang einrückt.
Wenn andererseits die Leerlaufgeschwindigkeit zu gering eingestellt ist, dann wird das Fahrverhalten beeinflusst. Selbst eine kleine Schwankung der Motorstabilität kann zu Fehlzündungen oder zu einem Abwürgen des Motors führen. Der verringerte Anteil an Kraftstoff verlängert auch die Zeit für das Aufwärmen des Motors, was direkt die Zeit beeinflusst, die der Katalysator zum Erreichen seiner Arbeits- oder „Licht-aus"-Temperatur benötigt.
Als Kompromiss wird die Leerlaufgeschwindigkeit üblicherweise auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, für deren dauernde Einhaltung ein Zentralrechner (central processing unit = CPU) programmiert ist. Wenn der Luft-Einflussfaktor λ – wie oben beschrieben – auf ..fett" eingestellt ist, dann setzt der CPU die zeitlich richtige Einstellung der Drossel und/oder der Zündung ein, um die erforderliche Leerlaufgeschwindigkeit einzuhalten. Die fette Einstellung des Motors überwindet Probleme, die mit der Kraftstoffflüchtigkeit verbunden sind, was aber unmöglich macht, die Emissionen mittels einer mageren Startstrategie zu verringern.
US-A-S 954 025 (TOYOTA) offenbart ein Fahrzeug mit einem doppelten Kraftstoffsystem, das einen Stabilitätsdetektor aufweist. Diese Anordnung bestimmt, dass dann eine Instabilität vorliegt, wenn die Motorgeschwindigkeit unter eine Referenzgeschwindigkeit abfällt, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = air/fuel ratio) angepasst wird. Diese Erfindung gibt die Möglichkeit zu einer Veränderung der Leerlaufgeschwindigkeit, die während des normalen Betriebs durch Veränderung der Kraftstoffflüchtigkeit entsteht, sie ist aber nicht für den Gebrauch bei einer mageren Startstrategie geeignet.
US-A-2002/43247 (Yoshihiro) offenbart ein Steuerungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine, bei der eine Steuerungseinheit für die Kraftstoffzufuhr ein A/F-Verhältnis berechnet, das auf der Motorgeschwindigkeit basiert und das A/F-Verhältnis unmittelbar nach dem Start steuert, basierend auf diesem berechneten A/F-Verhältnis. In diesem Fall wird die Motorgeschwindigkeit oder die Belastung für die Berechnung des A/F-Verhältnisses eingesetzt.
Die üblichen Lösungen und die oben genannten Dokumente des Standes der Technik beschreiben verschiedene Anordnungen zur Steuerung der Leerlaufgeschwindigkeit des Motors, sie lösen aber nicht das Problem der Emissionsempfindlichkeit, das durch Veränderungen der Kraftstoffflüchtigkeit und des erforderlichen Drehmoments während eines mageren Kaltstarts verursacht wird, wenn ein Lufteinflussfaktor von λ > 1 eingesetzt wird. Dieses Problem wird – wie unten beschrieben – durch die Erfindung gelöst.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Leerlaufgeschwindigkeit einer Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, die Leerlaufgeschwindigkeit als Funktion der Differenz zwischen einem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis und einem Ist-Luft/Kraftstoffverhältnis unmittelbar nach dem Start des Motors zu verändern. Dies wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung erreicht, deren kennzeichnende Merkmale in den beigefügten Ansprüchen 1 und 9 und den entsprechenden abhängigen Ansprüchen offenbart sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren die Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine während eines Kaltstartvorgangs, wobei der Motor beim Start unter Verwendung eines mageren Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird und wobei der Motor eine Leerlaufdrehzahl aufweist, die als Funktion der Differenz zwischen einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis variieren kann. In diesem Fall ist das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis dasjenige des Luft-Kraftstoffgemisches in der Ansaugleitung, während das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis dasjenige ist, das in dem Luft- Kraftstoffgemisch in der Brennkammer vorliegt. Die Differenz zwischen einem Soll- und einem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann zum Beispiel durch Veränderungen der Kraftstoffeigenschaften und/oder durch Feuchtigkeit an den Wänden der Ansaugleitung hervorgerufen werden. Während des Kaltstartvorgangs wird die Drossel in einem im wesentlichen festen Öffnungswinkel gehalten, während die Kraftstoffzufuhr in Richtung auf ein vorbestimmtes mageres Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird mit einem Ist-Lufteinflussfaktor λ_T zwischen 1,02 < λ_T < 1,2. Dieses Luft/Kraftstoffverhältnis wird auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten, während sich die Leerlaufgeschwindigkeit verändern kann. Verwendet man eine im wesentlichen konstante Strömung der Ansaugluft, die dem erforderlichen Drehmoment entspricht, das zur Überwindung der augenblicklichen inneren Reibung des Motors erforderlich ist, dann wird sich die Leerlaufgeschwindigkeit entsprechend verändern. Dies beruht auf der Tatsache, dass der Sauerstoffgehalt der Ansaugluft die mögliche maximale Energielieferung bestimmt, das ist die Menge an Kraftstoff, die theoretisch pro Verbrennungszyklus des Motors verbrannt werden kann. Dieser Vorgang kann unter Verwendung eines im wesentlichen konstanten Drosselwinkels durchgeführt werden. Wenn ein Kraftstoff verwendet wird, der eine magerere Luft-Kraftstoffmischung ergibt, wie zum Beispiel ein Kraftstoff mit einer geringen Flüchtigkeit, dann ist es möglich, die Leerlaufgeschwindigkeit zu verringern. Dies verringert die innere Reibung zur gleichen Zeit, zu der die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft pro Hub kurz ansteigt, bedingt durch den höheren Ansaugdruck, der durch den Abfall der Motorgeschwindigkeit entsteht, wodurch eine höheres Drehmoment abgegeben wird. Der Motor wird sich anschließend bei einer geringeren Leerlaufgeschwindigkeit stabilisieren bei Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Der Arbeitsvorgang kann außerdem durch eine grundlegende Eichung der Luft-Kraftstoffmischung gesteuert werden, die durchgeführt wird, um eine Nenn-Leerlaufgeschwindigkeit anzugeben. Diese Eichung führt dazu, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angereichert wird, wenn eine Verringerung der Leerlaufgeschwindigkeit festgestellt wird, wobei das Verhältnis magerer gemacht wird, wenn eine Erhöhung der Leerlaufgeschwindigkeit festgestellt wird. Der Zweck der Erfindung besteht indessen darin, den Soll-Luft-Einflussfaktor innerhalb eines mageren Verbrennungsbereichs von 1,0 < λ_A < 1,5 zu halten, vorzugsweise innerhalb 1,02 < λ_A < 1,2 während des Kaltstartleerlaufs. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird innerhalb dieses Bereichs vorzugsweise auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten, der durch die Kaltstartstrategie bestimmt wird, die für jeden einzelnen Motor eingesetzt wird. Wendet man diese Eichung an, dann wird der Motor bei einer etwas geringeren Leerlaufgeschwindigkeit laufen, aber im wesentlichen bei dem gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn ein Kraftstoff mit einer geringen Flüchtigkeit eingesetzt wird. Der entgegengesetzte Vorgang wird dann ausgeführt, wenn die Kraftstoffflüchtigkeit erhöht ist oder zu ihrem ursprünglichen Wert zurückkehrt, wobei sich die Leerlaufgeschwindigkeit erhöht bei einem gleichbleibenden Wert des Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Die Eichung wird unter Einsatz eines Programms durchgeführt, das in einem Zentralrechner (CPU = central processing unit) gespeichert ist und der die Leerlaufgeschwindigkeit automatisch korrigiert, wenn sich die Kraftstoffflüchtigkeit verändert, oder der eine zeitweise Veränderung der Leerlaufgeschwindigkeit ausgleicht.
Folglich kann dadurch, dass man den in die Ansaugluft eingespeisten Soll-Kraftstoff als Funktion der Motorgeschwindigkeit eicht, das zu dem Motor geführte Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ziemlich konstant gehalten werden, währen sich die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors verändern kann, wodurch der Motor weniger anfällig für unterschiedliche Kraftstoffqualitäten ist. Durch dieses Verfahren ist es möglich, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für geringe Emissionen zu optimieren mit einem wesentlich geringeren Spielraum gegenüber einem fetten Luft/Kraftstoffgemisch. 2 zeigt ein Diagramm, in dem der Luft-Einflussfaktor λ als Funktion der Motorgeschwindigkeit dargestellt wurde, wobei die Neigung der Kurve dazu dient, die Menge des zuzuführenden Soll-Kraftstoffs zu bestimmen.
Das oben beschriebene Verfahren kann bei jeder beliebigen Verbrennungskraftmaschine angewandt werden, die mit einer Luftansaugeinlassanordnung ausgerüstet ist, um die Ansaugluft wenigstens zu einer Verbrennungskammer zu führen, die mit wenigstens einer Kraftstoffeinspritzdüse zur Zuführung von Kraftstoff in die Ansaugluft, die mit einem Auslass für Abgase stromabwärts von dem Motor und mit einem Zentralrechner zur Steuerung der Arbeitsweise des Motors versehen ist. Das Verfahren ist von der Art der Kraftstoffzuführung unabhängig und kann bei Motoren mit Vergasern, mit Saugrohreinspritzung oder direkter Einspritzung angewandt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den folgenden Ausführungen wird die Erfindung detailliert mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Diese Figuren werden nur zur Illustration eingesetzt und beschränken in keiner Weise den Schutzumfang der Erfindung.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Diagramm, in dem die Wasserkohlenstoffemission als eine Funktion des Luft-Einflussfaktors λ dargestellt ist;
2 ein Diagramm, in dem der Luft-Einflussfaktor λ als Funktion der Motorgeschwindigkeit dargestellt wird;
3 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine; und
4 den Soll-Luft-Einflussfaktor λ_T und das relative Drehmoment, die mit Rücksicht auf die Leerlaufgeschwindigkeit dargestellt sind.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
3 zeigt eine schematisches Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine. Der Motor umfasst wenigstens einen Zylinder 1–4, mit einem innerhalb einer Verbrennungskammer hin- und hergehenden Kolben, wobei der Kolben mit einer Ausgangs-Kurbelwelle verbunden ist. Der Motor weist ein Einlasssystem mit einer Luftansaugleitung 5 und einer Ansaugleitung 6 auf, die die Verbrennungskammer mit einer Quelle für Umgebungsluft verbinden. Das Einlasssystem weist eine Einspritzdüse zur Zuführung von gesteuerten Mengen an Kraftstoff aus einem geeigneten Kraftstoffvorratsystem zu jedem Zylinder auf. Das Einlasssystem ist so ausgeführt, dass es Luft von einem Luftreiniger 7 erhält und diese Luft zu der Ansaugleitung 6 liefert, wo die Luft und der Kraftstoff gemischt und in Form einer brennbaren Luft-Kraftstoff-Mischung zu der Verbrennungskammer geführt werden. Die Luftansaugleitung 5 ist weiter mit einem Drosselventil 8 ausgestattet, das zur Steuerung der Luftströmung zu der Verbrennungskammer geöffnet und geschlossen werden kann. Die Verbrennungskammer ist mit einem Einlassventil und einem Auslassventil (nicht gezeigt) versehen, die so angeordnet sind, dass ein Luft-Kraftstoffgemisch eingelassen und die verbrannten Restgase entsprechend einem üblichen Viertaktzyklus ausgesto ßen werden.
Obwohl nur ein Einlass- und ein Auslassventil beschrieben werden, ist es natürlich möglich, mehr als ein Einlass- und ein Auslassventil einzusetzen. In Abhängigkeit von der eingesetzten Motorart und dem Steuerungssystem ist es ebenso möglich den Motor mit einem 2-, 6-, oder 8-Taktzyklus zu betreiben.
Der Motor ist auch mit einem Auslasssystem einschließlich einer Abgasleitung 9 versehen, die mit der Verbrennungskammer verbunden ist. Von der Verbrennungskammer werden die Verbrennungsgase üblicherweise zu einem gebräuchlichen Abgassystem einschließlich einem Katalysator 10, einer Schalldämpferanordnung 11 und einem Auspuffrohr 12 geführt.
Der Motor wird von einem Zentralrechner (CPU = central processing unit) gesteuert, der eine Reihe von Eingabesilgnalen von verschiedenen, üblichen Sensoren erhält. Der Motor ist am Ende der Kurbelwelle mit einem Geschwindigkeitssensor 14 zur Messung der Umdrehungen des Motors versehen. Die Drehmomentabgabe kann entweder durch Verwendung des vom Geschwindigkeitssensor gelieferten Ausgangssignals oder mittels der Luftströmung und der zeitlich richtigen Einstellung der Zündung bestimmt werden. In dem zuletzt genannten Fall wird die zeitlich richtige Einstellung der Zündung durch den CPU 13 bestimmt, wobei die Größe der Luftströmung durch die Stellung der Drossel oder durch einen besonderen Sensor für die Größe der Luftströmung (nicht gezeigt) erfasst wird. Die Drossel 8 ist mit einem Sensor 15 versehen, der den Grad der Öffnung oder den Drosselwinkel misst, um die Größe der Luftströmung zu bestimmen, die zu dem Motor strömt.
Der Katalysator 10 weist einen Temperatursensor 16 auf, um zu bestimmen, wann die Licht-Aus-Temperatur oder Betriebstemperatur erreicht ist.
Weitere Sensoren können eine Anzahl von Temperatursensoren umfassen, die zur Messung der Umgebungs- (Einlass-) Lufttemperatur 17, der Abgastemperatur 18 und der Motorkühlmitteltemperatur eingesetzt werden. Drucksensoren 19 werden eingesetzt, um den Druck der Ansaugluft zu messen und wenn dies zweckmäßig ist, den Druck in der Aufladeeinrichtung eines Turboladers. Ein Sensor oder mehrere Sensoren können für besondere Emissionen in den Auspuffgasen vorgesehen sein, wie zum Beispiel ein Sensor 20a für Stickoxide (NOx). Ein weiterer Sensor, wie zum Beispiel ein Sauerstoffsensor 20b misst die Zusammensetzung der Auspuffgase, um den Luft-Einflussfaktor λ der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung zu bestimmen.
Während des normalen Betriebes werden die von den Sensoren kommenden Signale an den CPU 13 übermittelt, der die Signale überwacht und ein vorgegebenes Programm für die Maschinenparameter einsetzt, um den Arbeitszustand des Motors zu bestimmen. Durch Vergleich der Istwerte einer Anzahl von charakteristischen Parametern mit entsprechenden Sollwerten für eine spezielle Arbeitsbedingung wird der CPU 13 die Signale 21–24 zu den entsprechenden Kraftstoff-Einspritzdüsen und/oder zu der Drossel 8 übermitteln, um die Istwerte zu korrigieren. Der CPU kann ebenso die richtige Einstellung der Zündung steuern und anpassen.
Während eines Kaltstarts des Motors werden viele der oben genannten Sensoren nicht unmittelbar arbeiten. Insbesondere die Sensoren für die Abgasemissionen brauchen eine Aufwärmperiode, bevor zuverlässige Messdaten an den CPU 13 übermittelt werden können. Aus diesem Grund kann sich die Vorrichtung unmittelbar nach dem Anlassen des Motors auf eine Anzahl von Sensoren nicht verlassen, die für die Auspuffgasemissionen vorgesehen sind.
Beim Betrieb wird dann, wenn der Motor angelassen ist, der CPU 13 Signale an die Drossel 18 und die Brennstoffeinspritzdüsen in Übereinstimmung mit vorgegebenen Programmdaten, die in dem CPU gespeichert sind, übertragen. Die anfänglichen an die Drossel 8 und die Kraftstoffeinspritzdüsen übertragenen Einstellungen sollen die Brennkammer mit einer mageren Luft-Kraftstoffmischung versorgen, die vorzugsweise einen Luft-Einflussfaktor λ > 1,05 aufweist. In diesem Fall wird die Drossel 8 anfänglich so eingestellt, dass sie ausreichend offen ist, um sicherzustellen, dass der Motor bei einer hohen Belastung arbeitet. Ein typischer Drosselwinkel für diesen Zweck ist 30°, obwohl unterschiedliche Winkel möglich sind, die von den Eigenschaften der Drossel abhängen. In Abhängigkeit von den ständig überwachten Werten der Motorgeschwindigkeit wird der CPU 13 fortlaufend die Zusammensetzung der Luft- Kraftstoffmischung einstellen. Wenn keine Fehlzündungen des Motors festgestellt werden und wenn die Motorgeschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, dann überträgt der CPU 13 Signale an die Kraftstoffeinspritzdüsen, um die Menge an Kraftstoff nach oben oder unten anzupassen und so die Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu verringern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es auch, während des Startvorgangs die Menge an eingespritztem Kraftstoff für jeden der aufeinanderfolgenden Zylinder anzupassen.
Auf diese Weise passt der CPU 13 den Luft-Einflussfaktor λ an einen vorbestimmten Wert an, wenn der Motor gestartet wird. Der Wert des Ist-Luft-Einflussfaktors λ_A wird durch die magere Startstrategie festgelegt, die für jeden Motortyp verwendet und üblicherweise aus dem Bereich von 1,02 > λ_A > 1,5 ausgewählt wird. In diesem besonderen Fall ist der gewählte Wert von λ_A gleich 1,05, wie in 4 angegeben.
Ein Beispiel für ein Programm des CPU ist unten aufgeführt.
Das Kraftstoff/Luft-Verhältnis ist die Menge an Kraftstoff im Vergleich mit der Menge an Luft. Dies ist der reziproke Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das durch den Luft-Einflussfaktor λ beschrieben wird. Der Kraftstoff Einflussfaktor ist die zugeführte Menge an Kraftstoff über der theoretisch erforderlichen Menge an Kraftstoff. Da der CPU 13 so eingerichtet ist, dass er die Menge an eingespritztem Kraftstoff steuert, arbeitet er normalerweise mit dem Kraftstoff- Einflussfaktor an Stelle des Luft-Einflussfaktors.
Während des Kaltstartvorgangs kann die Leerlaufgeschwindigkeit als Funktion der Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis variieren. Der CPU 13 wird so lange nicht tätig, um die Veränderungen der Leelaufgeschwindigkeit zu korrigieren, so lange diese innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleiben.
4 zeigt den Soll-Einflussfaktor λ_T und das relative Drehmoment, das mit Rücksicht auf unterschiedliche Leerlaufgeschwindigkeiten für eine Verbrennungskraftmaschine dargestellt wurde. Das relative Drehmoment ist als relativer Wert des Wertes T = 1 bei einer Nennleerlaufgeschwindigkeit N₁ angegeben, wie sie unten definiert wird. Der Wert des Soll-Luft-Einflussfaktors λ_T ist als ein Programm eingegeben, das die entsprechenden Kraftstoff-Einflussfaktoren in der CPU enthält. Der Ist- oder Soll-Verbrennungsluft-Einflussfaktor λ_A wird so eingestellt, dass er im wesentlichen auf einem Wert von λ_A ≈ 1,05 konstant ist. Bei der Nennleerlaufgeschwindigkeit des Motors ist λ_A = λ_T. Wie in 4 zu erkennen ist, nimmt das Ausgangsdrehmoment des Motors ab, wenn der Soll-Luft-Einflussfaktor λ_T zunimmt. Bei diesem speziellen Beispiel hat der Motor eine nominelle Betriebsführung bei einer Leerlaufgeschwindigkeit N₁ von 1200 U/min bei einem Ist-Luft-Einflussfaktor λ_A = 1,05. Um Probleme beim Fahrverhalten zu vermeiden, wenn ein Kraftstoff mit einer geringen Flüchtigkeit eingeführt wird, zeigt das Beispiel, wie die Betriebsführung an eine Leerlaufgeschwindigkeit N₂ etwas unter 1150 U/min mit einem entsprehenden Soll-Luft-Einflussfaktor von λ_T ≈ 0,85 angepasst wird.
Die Anreicherung des Soll-Luft-Einflussfaktors auf λ_T ≈ 0,85 verursacht eine Abmagerung von 20% des Ist-Lufteinflussfaktors (auf λ_A ≈ 1,1). Der Grund hierfür ist, dass der CPU 13 eine Verringerung der Motorgeschwindigkeit feststellt und zur Kompensation das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anreichert. Die Verringerung der Motorgeschwindigkeit verursacht einen zeitweise höheren Druck in der Ansaugluftleitung, während ein Teil des zusätzlich eingespritzten Kraftstoffes sich auf der Wand der Ansaugleitung absetzt. Wenn der Motor kalt gestartet wird, dann können sich bis zu 20% des eingespritzten Kraftstoffes auf der Wand der Lufteinlassleitung in der Ansaugleitung ansammeln oder kondensieren. Der zuletzt beschriebene Effekt ist ein Grund dafür, dass der angereicherte Soll-Luft-Einflussfaktor λ_t noch zu einem mageren Ist-Luft-Einflussfaktor λ_A für die Luft-Kraftstoffmischung in der Verbrennungskammer führt. Wenn der Motor warm wird, dann verdampft der überschüssige Kraftstoff in der Lufteinlassleitung und wird in die Verbrennungskammer eingezogen. Alle oben genannten Faktoren müssen in Rechnung gestellt werden, wenn das Kraftstofffaktorprogramm für den CPU 13 programmiert wird, um den genauen Soll-Luft-Einflussfaktor zu erreichen. Wenn sich das System auf die neue Betriebsbedingung eingestellt hat, wird der Ist-Luft-Einflussfaktor auf einem Wert von λ_A ≈ 1,05 gehalten. Wie aus 4 zu erkennen ist, führt die Anpassung auch dazu, dass das relative Drehmoment T um 10_% von T = 1 auf T = 1,1 anwächst.
Die Vorrichtung nach diesem Beispiel wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an einen Soll-Luft-Einflussfaktor λ_T anpassen, der zu einem Ist-Luft-Einflussfaktor im Bereich von 1,02 < λ_A < 1,2 führt, vorzugsweise bei oder nahe λ_A = 1,05 während des Kaltstarts des Motors. Wie aus 4 zu ersehen ist, führt dies zu einer Nennleerlaufgeschwindigkeit von 1200 U/min. Die sich ergebende Leerlaufgeschwindigkeit ist dabei etwas höher als die Nennleerlaufgeschwindigkeit, aber der höhere Kraftstoffverbrauch wird leicht aufgewogen durch den kombinierten Effekt der geringeren Emissionen von NO, CO und CO₂, der sich aus der mageren Startstrategie ergibt und aus der geringeren Zeit bis zum „Licht aus" des Katalysators 10.
Wenn man diese Eichung einsetzt, dann wird dem Motor die Möglichkeit gegeben, bei einer etwas geringeren Leerlaufgeschwindigkeit zu laufen, aber mit einem im wesentlichen gleichen Luft/Kraftstoffverhältnis, wenn ein Kraftstoff mit einer geringen Flüchtigkeit eingesetzt wird. Die anfänglichen Einstellungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und die folgende Eichung wird durchgeführt, indem man ein in dem CPU 13 vorhandenes Programm einsetzt. Der CPU 13 wird dabei automatisch das erwünschte Luft/Kraftstoffverhältnis nach dem Start festsetzen und die Leerlaufgeschwindigkeit ausgleichen, wenn Veränderungen der Kraftstoffflüchtigkeit auftreten und ebenso Korrekturen durchführen, wenn sich die Leerlaufgeschwindigkeit verändert. Das oben beschriebene Beispiel bezieht sich auf den Fall, dass sich eine Eigenschaft des Kraftstoffs, wie zum Beispiel die Flüchtigkeit, verringert, aber das Verfahren wird natürlich auch die Einstellungen des Motors korrigieren, wenn sich die genannte Kraftstoffeigeschaft normalisiert oder sich über dem normalen Wert verbessert. In letzterem Fall kann ein Soll-Luft-Einflussfaktor von λ_T > 1,1 zu Problemen im Fahrverhalten führen bedingt durch das verringerte verfügbare Drehmoment. Somit muss das Programm des CPU so programmiert sein, dass ein solcher Fall gehandhabt werden kann. Das Ziel der Erfindung besteht, wie oben festgestellt wurde, darin, den Ist-Luft-Einflussfaktor λ_A auf einem im wesentlichen konstanten Wert von 1,02 < λ_A < a 1,2 zu halten, vorzugsweise oder nahe λ_A = 1,05. Wenn sich folglich die Qualität des Kraftstoffes erhöht, wird der Motor bei einer etwas höheren Geschwindigkeit laufen, aber mit einem im wesentlichen gleichen Luft/Kraftstoffverhältnis.
Die oben genannte magere Startstrategie wird entweder unterbrochen, wenn der Katalysator 10 seine Arbeitstemperatur erreicht, oder wenn die Drossel 8 vom Fahrer betätigt wird. In letzterem Fall kann die Strategie so eingestellt sein, dass sie wieder aufgenommen wird, wenn die Motorgeschwindigkeit zur Leerlaufdrehzahl zurückkehrt bevor der Katalysator 10 seine Funktion aufnimmt.
Offensichtlich wird die magere Startstrategie auch dann unterbrochen, wenn Probleme mit der Motorstabilität festgestellt werden. Aus Gründen des Fahrverhaltens können einige Betriebsbedingungen ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis erfordern oder eine Anpassung der Drossel 8 und/oder die richtige Einstellung der Zündung.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine während eines Kaltstartbetriebs, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt wird, welches ein im Wesentlichen konstantes, mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, wenn die Maschine angelassen wird, und dass die Maschine eine Leerlaufdrehzahl aufweist, die abhängig von der Differenz zwischen einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert, wobei das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem zugeführten Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Ansaugleitung der Maschine ist, und das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch in der der Ansaugleitung zugeordneten Brennkammer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Ansaugluft variabel ist und zur Kontrolle der Leerlaufdrehzahl der Maschine verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, um eine nominelle Leerlaufdrehzahl (N₁) während eines Kaltstarts zu erhalten, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefettet wird, wenn eine Reduzierung der Leerlaufgeschwindigkeit erfasst wird, und das Verhältnis abgemagert wird, wenn eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nominelle Leerlaufdrehzahl (N₁) während eines Kaltstarts höher ist als eine vorbestimmte nominelle Leerlaufdrehzahl während eines normalen Betriebs der Maschine.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Kalibrierung durchgeführt wird, die nominelle Leerlaufdrehzahl abhängig von der Kraftstoffflüchtig keit variiert, während das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nominelle Leerlaufgeschwindigkeit bei einem Kraftstoff mit einer niedrigeren Flüchtigkeit reduziert wird, wenn die Kalibrierung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (8) in einer Ansaugleitung (5) während der Kalibrierung in einem im Wesentlichen fixen Öffnungswinkel gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine mit einem Ist-Luft-Einflussfaktor bzw. einer Ist-Luft-Überschusszahl (λ_A) in einem Bereich von 1,02 < λ_A < 1,2 während eines Kaltstartleerlaufs mager betrieben wird.
Verbrennungskraftmaschine mit einer Ansaugleitung und einer Drossel (8) zur Versorgung mindestens einer Brennkammer (1–4) mit Ansaugluft, mindestens einer Kraftstoffeinspritzdüse zur Zufuhr von Kraftstoff zur Ansaugluft, einem Auslass (12) für Abgas stromabwärts von der Verbrennungskraftmaschine, und mit einer zentralen Rechnereinheit (13) zur Steuerung des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine während eines Kaltstarts der Maschine mit einem mageren Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis betreibbar ist, und dass die Maschine eine Leerlaufdrehzahl aufweist, die abhängig von der Differenz zwischen einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert, wobei das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch der Ansaugleitung der Maschine und das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch in der der Ansaugleitung zugeordneten Brennkammer ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kraftstoffeinspritzdüsen das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Ansaugluft zur Kontrolle der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine änderbar sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch eine zentrale Rechnereinheit (13) zum Erreichen einer nominellen Leerlaufdrehzahl (N₁) kalibrierbar ist, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefettet wird, wenn eine Reduzierung der Leerlaufdrehzahl erfasst wird und das Verhältnis abgemagert wird, wenn eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl erfasst wird.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (8) in der Luftansaugleitung (5) während der Kalibrierung in einem im Wesentlichen konstanten Öffnungswinkel gehalten ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Rechnereinheit (13) eine Aufzeichnungseinrichtung des Soll-Luft/Kraftstoff-Gemischs (über Maschinendrehzahl) aufweist und vorgesehen ist, das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen konstant zu halten, falls die nominelle Leerlaufdrehzahl auf Grund von Veränderungen in der Kraftstoffflüchtigkeit variiert.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb der Maschine während eines Kaltstartleerlaufs ein Ist-Lufteinflussfaktor bzw. Ist-Luftüberschusszahl (λ_A) im Bereich von 1,02 < λ_A < 1,2 vorgesehen ist.