WO2014032860A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerung (1) zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrannt wird und wobei insbesondere die Motorsteuerung (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Motorsteuerung (1) den Verbrennungsmotor zumindest in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffes steuert. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrennt und der Verbrennungsmotor eine Motorsteuerung (1) aufweist, sowie ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Brennraum durch eine Motorsteuerung (1).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM STEUERN EINES VERBRENNUNGSMOTORS
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerung zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrannt wird, sowie einen Verbrennungsmotor, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrennt und der Verbrennungsmotor eine Motorsteuerung aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Brennraum durch eine Motorsteuerung.
Moderne Verbrennungsmotoren können oftmals mit Treibstoffen betrieben werden, die unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen können. Dabei kann z. B. einem herkömmlichen Ottokraftstoff Ethanol oder ein anderer Alkohol zugesetzt sein. Verschiedene Treibstoffe mit insbesondere verschiedenen Treibstoffzusammensetzungen können sich dabei in ihren Eigenschaften unterscheiden. So steigt beispielsweise bei Treibstoffen mit zunehmendem Alkoholgehalt auch die Verdampfungsenthalpie des gesamten Treibstoffes. Bei Kraftstoffen mit hoher Verdampfungsenthalpie ist, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen, auf Grund der sich zusätzlich ergebenden Abkühlung der Zylinderladung durch die Verdunstung des Kraftstoffes die Bildung eines idealen Gemisches für die Verbrennung des Kraftstoffes im Brennraum deutlich erschwert. Bei Motoren mit Direkteinspritzung ist es bekannt, dieses Problem beim Startvorgang des Verbrennungsmotors durch eine späte Einspritzung des Treibstoffs in der Kompressionsphase des Verbrennungsmotors zu beheben. Danach ist jedoch die Zeit, die zur Homogenisierung des Treibstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht, deutlich verkürzt. Für den anschließenden Motorlauf kann jedoch in Folge einer höheren Drehzahl eine längere Zeit zur Gemischhomogenisierung wünschenswert sein. Eine fest eingestellte späte Einspritzung kann somit beim Normalbetrieb des Verbrennungsmotors zu einer Verminderung der Leistung des Verbrennungsmotors führen.
Für einen optimalen Betrieb der Verbrennungsmaschine ist es insbesondere nötig, die Zusammensetzung des Treibstoffes zu kennen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, nur eine bestimmte Kraftstoffart für den Motor einzusetzen und den Verbrennungsmotor bzw. die Motorsteuerung des Verbrennungsmotors auf diese bestimmte Kraftstoffart einzustellen. Ferner ist es möglich, die Zusammensetzung des Treibstoffes im Fahrzeug zu bestimmen, wie es beispielsweise in der DE 10 2009 028 874 A1 offenbart ist. Insbesondere kann dabei ein Ethanolgehalt im Treibstoff bestimmt werden.
Mit einer Motorsteuerung kann es möglich sein, Komponenten des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise Einlass- und/oder Auslassventile oder eine Einspritzanlage variabel anzusteuern. Dafür muss der Verbrennungsmotor zum variablen Betätigen der Komponenten, insbesondere der Ventile, ausgestaltet sein. Beispielsweise ist aus der DE 103 17 644 A1 ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennmaschine bekannt. Ventile, die mit derartigen Aktuatoren betätigt werden, können individuell und damit variabel angesteuert werden. Eine derartige variable Ansteuerung ist beispielsweise aus der DE 101 06 169 A1 bekannt. Insbesondere ist dabei bekannt, die einzelnen Motorkomponenten derart aufeinander abgestimmt zu betreiben, dass eine Umsetzung von Drehmomentänderungen, die durch den Fahrer gewünscht wird, schnellstmöglich und mit optimalem Wirkungsgrad bei Einhaltung einer vorgegebenen Fettigkeit der Verbrennung zu realisieren. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass eine Berücksichtigung der Treibstoffzusammensetzung nicht vorgesehen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend genannten Nachteile beim Betrieb eines Verbrennungsmotors zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Motorsteuerung zum Steuern eines Verbrennungsmotors, einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, die einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors in verschiedenen Betriebsphasen des Verbrennungsmotors und bei verschiedenen Treibstoffzusammensetzungen ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Motorsteuerung zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 , durch einen Verbrennungsmotor gemäß dem Anspruch 7 sowie durch ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Motorsteuerung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, und jeweils umgekehrt, so dass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Motorsteuerung zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrannt wird. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Motorsteuerung dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung den Verbrennungsmotor zumindest in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs steuert. Moderne Verbrennungsmotoren, insbesondere Kolbenverbrennungsmotoren, können mit Treibstoffen betrieben werden, die verschiedene Zusammensetzungen aufweisen. Dadurch kann der im Verbrennungsmotor eingesetzte Treibstoff insbesondere auch verschieden hohe Verdampfungsenthalpien aufweisen. Dies kann insbesondere dazu führen, dass insbesondere der Brennraum des Verbrennungsmotors durch die Verdampfung des Treibstoffes zusätzlich abgekühlt wird, und zwar umso stärker, umso höher die Verdampfungsenthalpie des verwendeten Kraftstoffes ist. Eine zu hohe Abkühlung des Brennraumes des Verbrennungsmotors kann dabei bewirken, dass der Treibstoff, der im Brennraum des Verbrennungsmotors verbrannt werden soll, nicht oder nur unvollständig verdampft oder verdunstet. Im Folgenden wird im Sinne der Erfindung der Ausdruck verdampfen für Verdampfungs- und Verdunstungsvorgänge gleichermaßen verwendet. Durch unvollständige Verdampfung des Treibstoffes erfolgt eine nicht vollständige Verbrennung des Treibstoffes im Brennraum des Verbrennungsmotors, wodurch die Leistung des Verbrennungsmotors deutlich vermindert wird. Insbesondere in der Start- und Warmlaufphase des Verbrennungsmotors kann sich eine derartig hohe Abkühlung des Brennraumes auf die Leistung des Motors negativ auswirken. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung ist es möglich, den Verbrennungsmotor, insbesondere aber nicht ausschließlich in dieser Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, in Abhängigkeit von einer Zusammensetzung des Treibstoffes zu betreiben. Dabei kann beispielsweise durch die Motorsteuerung in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors eine, insbesondere interne, Abgasrückführung aktiviert werden. Durch eine Abgasrückführung wird heißes Abgas im Brennraum des Verbrennungsmotors zurückbehalten bzw. wieder in diesen eingesaugt und bewirkt somit eine Erhöhung der Temperatur des sich im Brennraum befindenden Gases, insbesondere eines Treibstoff-Luft- Gemisches. Dadurch kann die erhöhte Abkühlung, die durch die Verwendung von Treibstoffen mit hoher Verdampfungsenthalpie auftreten kann, ausgeglichen werden. Eine Abgasrückführung kann dabei extern, d. h. durch Rückführung des Abgases in ein Einlasssystem des Verbrennungsmotors, realisiert sein oder intern durch eine direkte Zurückbehaltung im bzw. Wiederansaugung des Abgases in den Brennraum nach einem Verbrennungsvorgang. Hat der Verbrennungsmotor nach der Warmlaufphase seine Betriebstemperatur erreicht, so kann durch die Motorsteuerung in diesem Beispiel wieder ein Betrieb des Verbrennungsmotors ohne Abgasrückführung eingestellt werden. Die zusätzliche Aufheizung des Brennraumes durch die Abgasrückführung ist für einen Motor auf Betriebstemperatur nicht mehr unbedingt nötig, vielmehr könnte im Gegenteil durch das Abgas die Verbrennung im Brennraum des Verbrennungsmotors beeinträchtigt und somit die Leistung des Verbrennungsmotors herabgesetzt werden. Somit ist es durch eine erfindungsgemäße Motorsteuerung möglich, jederzeit und in jeder Betriebphase des Motors den Motor abhängig von der Zusammensetzung des Treibstoffes derart zu steuern, dass zu jeder Zeit eine möglichst hohe Leistung des Motors erreicht werden kann. Insbesondere ist durch eine erfindungsgemäße Motorsteuerung auch eine Verkürzung der Warmlaufphase eines Verbrennungsmotors möglich. Auch kann ein Verbrennungsmotor, der eine erfindungsgemäße Motorsteuerung aufweist, mit verschiedenen Treibstoffen, d. h. mit Treibstoffen mit verschiedenen Zusammensetzungen, betrieben werden, ohne dass vermeidbare Leistungseinbußen am Verbrennungsmotor auftreten oder dass diese Leistungseinbußen zumindest vermindert werden.
Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung den Verbrennungsmotor abhängig von einer Größe eines Anteils im Treibstoff mit hoher Verdampfungsenthalpie, insbesondere von Ethanol, steuert. Ein Motor mit einer derartigen Motorsteuerung kann somit mit Treibstoffen mit verschiedenen Ethanolanteilen betrieben werden. Eine besondere Anpassung des Verbrennungsmotors auf die verschiedenen Treibstoffe ist nicht nötig. Bekannte Beispiele für derartige Treibstoffe sind dabei ein Ottokraftstoff mit einer Zumischung von Ethanol in der Höhe von 5%, 10%, 25% bis zu 85% oder 93%. Durch die erfindungsgemäße Motorsteuerung kann ein Ausgleich im Betrieb des Verbrennungsmotors für die verschiedenen Treibstoffe erreicht werden, ohne dass externe Einstellungen nötig sind. Für jeden der eingesetzten Treibstoffe können beim Betrieb des Verbrennungsmotors durch eine erfindungsgemäße Motorsteuerung vermeidbare Leistungseinbußen vermieden oder zumindest vermindert werden.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung einen Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer zumindest eines variabel ansteuerbaren Auslassventils des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs einstellt. Durch das Auslassventil oder die Auslassventile des Verbrennungsmotors wird nach dem Verbrennungsvorgang das Abgas ausgestoßen. Dabei ist bekannt, die Öffnungsdauer und den Öffnungszeitpunkt des zumindest einen Auslassventils derart auf die Kolbenbewegung des Verbrennungsmotors abzustimmen, dass das Abgas vollständig ausgestoßen wird. Bei einem Verbrennungsmotor mit variabel ansteuerbaren Auslassventilen ist es möglich, den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsdauer der variabel ansteuerbaren Auslassventile in Bezug auf die Kolbenbewegung zu verändern. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Ventile je mit einem eigenen Aktuator zur Betätigung und zum Verstellen des Ventils ausgestattet ist. Derartige, insbesondere elektromagnetisch betriebene, Aktuatoren sind beispielsweise aus der DE 103 17 644 A1 bekannt. Wird ein Öffnungszeitpunkt des variabel ansteuerbaren Auslassventils gewählt, der vor diesem üblichen Öffnungszeitpunkt liegt, wird das variabel ansteuerbare Auslassventil bereits geschlossen, wenn die Ausstoßung des Abgases noch nicht vollständig abgeschlossen ist. Somit verbleibt ein Rest des Abgases im Brennraum des Verbrennungsmotors. Liegt der Öffnungszeitpunkt des variabel ansteuerbaren Auslassventils nach einem üblichen Öffnungszeitpunkt, so ist das variabel ansteuerbare Auslassventil noch geöffnet, wenn durch den Kolben des Verbrennungsmotors bereits wieder frisches Gas in den Verbrennungsraum eingesaugt wird. Somit wird auch Abgas wieder mit in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingesaugt. Beide Verschiebungen des Öffnungszeitpunktes, sowohl vor als auch nach dem üblichen Öffnungszeitpunkt, bewirken somit eine interne Abgasrückführung. Durch diese Abgasrückführung wird der Brennraum des Verbrennungsmotors zusätzlich aufgeheizt, wodurch Abkühlungseffekte, die bei Treibstoffen mit hoher Verdampfungsenthalpie auftreten können, ausgeglichen werden können. Durch eine Einstellung in der Öffnungsdauer des zumindest einen variabel ansteuerbaren Auslassventils können insbesondere die Menge des wieder eingesaugten bzw. im Brennraum des Verbrennungsmotors zurückgehaltenen Abgases eingestellt werden. Dadurch kann der Aufheizeffekt durch das Abgas im Brennraum des Verbrennungsmotors noch zusätzlich gesteigert werden.
Darüber hinaus kann bei einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung einen Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer zumindest eines variabel ansteuerbaren Einlassventils des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffes einstellt. Durch das zumindest eine Einlassventil des Verbrennungsmotors kann die Frischluftzufuhr in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingestellt werden. Wiederum ist bei einem üblichen Betrieb des Verbrennungsmotors der Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsdauer des zumindest einen Einlassventils derart auf die Bewegung des Kolbens des Verbrennungsmotors abgestimmt, dass in einer Ansaugphase des Verbrennungsmotors der Brennraum des Verbrennungsmotors möglichst gut mit Frischluft gefüllt werden kann. Bei einem Verbrennungsmotor mit variabel ansteuerbaren Einlassventilen ist es möglich, den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsdauer der variabel ansteuerbaren Einlassventile in Bezug auf die Kolbenbewegung zu verändern. Wie bei variabel ansteuerbaren Auslassventilen kann dazu vorgesehen sein, dass die Ventile je mit einem eigenen Aktuator zur Betätigung und zum Verstellen des Ventils ausgestattet sind. Durch einen im Vergleich zum üblichen Betrieb des Verbrennungsmotors verschobenen Öffnungszeitpunkt und/oder einer, insbesondere verkürzten, Öffnungsdauer des zumindest einen variabel ansteuerbaren Auslassventils kann die Frischluftzufuhr in den Brennraum des Verbrennungsmotors beeinflusst werden. Ferner kann die eingesaugte Frischluft bereits mit Treibstoff versetzt sein.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung einen Einspritzzeitpunkt und/oder eine Einspritzdauer des Kraftstoffes abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffes einstellt. So kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer internen Abgasrückführung vorgesehen sein, einen Einspritzzeitpunkt derart zu wählen, dass der Treibstoff direkt in das im Brennraum vorhandene heiße Abgas eingespritzt wird. Dadurch ist eine besonders gute Verdampfung des Treibstoffes möglich, wodurch erhöhte Abkühlungseffekte, wie sie bei Treibstoffen mit hoher Verdampfungsenthalpie auftreten können, ausgeglichen werden können.
Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung eine Stärke einer, insbesondere internen, Abgasrückführung abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffes steuert. Durch eine, insbesondere interne, Abgasrückführung kann insbesondere das mit Treibstoff versehene Gasgemisch im Brennraum des Verbrennungsmotors eine höhere Temperatur aufweisen. Dadurch kann eine bessere Verdampfung des Treibstoffes im Gasgemisch sichergestellt werden. Eine besonders gute Verbrennung dieses Treibstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des Verbrennungsmotors kann so sichergestellt werden. Insbesondere bei einem Treibstoff, der einen hohen Ethanolgehalt aufweist, kann dies sinnvoll sein, da beim Verdampfen des Ethanols dem Brennraum des Verbrennungsmotors deutlich mehr Wärmeenergie entzogen wird als beispielsweise durch einen reinen Ottokraftstoff. Nach der Warmlaufphase, d. h. wenn der Verbrennungsmotor seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist jedoch eine derartige zusätzliche Aufheizung des Brennraumes durch eine Abgasrückführung nicht mehr nötig. Die erfindungsgemäße Motorsteuerung kann daher dahingehend ausgestaltet sein, die Abgasrückführung insbesondere nur während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors einzusetzen.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Verbrennungsmotor, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrennt und der Verbrennungsmotor eine Motorsteuerung aufweist. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestaltet ist. Sämtliche Vorteile, die in Verbindung mit einer Motorsteuerung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, der mit einer derartigen Motorsteuerung ausgestattet ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Brennraum durch eine Motorsteuerung. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor zumindest in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffes durch die Motorsteuerung gesteuert wird.
Insbesondere moderne Verbrennungsmotoren können dafür ausgelegt sein, mit Treibstoffen mit verschiedenen Zusammensetzungen betrieben zu werden. Dabei können die Treibstoffe insbesondere verschieden hohe Verdampfungsenthalpien aufweisen. Eine hohe Verdampfungsenthalpie bewirkt dabei eine hohe Kühlung des Brennraumes des Verbrennungsmotors beim Verdampfen des Treibstoffes. Durch diese Abkühlung kann das Start-, bzw. Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors negativ beeinträchtigt werden. Durch eine Motorsteuerung kann, insbesondere basierend auf der Zusammensetzung des Treibstoffes und der damit verbundenen verschiedenen Abkühlungsraten bei Verwendung dieser Treibstoffe, diesen negativen Effekten entgegengewirkt werden. Dabei ist es beispielsweise denkbar, durch die Motorsteuerung eine Abgasrückführung bzw. die Stärke einer Abgasrückführung derart abhängig von der Zusammensetzung des Treibstoffes einzustellen, dass die Abkühlungseffekte beim Verdampfen des Treibstoffes ausgeglichen werden können. Eine derartige Steuerung einer Abgasrückführung kann beispielsweise durch ein Variieren der Ventilöffnungszeiten der Auslass- bzw. Einlassventile des Verbrennungsmotors erreicht werden. Ein besseres Misch- bzw. Verdampfungsverhalten des Treibstoffes in der zugeführten Frischluft kann so erreicht werden. Eine Verbesserung des Warmlaufverhaltens des Verbrennungsmotors kann dadurch ermöglicht werden. Insbesondere könnte dadurch unter anderem die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors verkürzt werden.
Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors vorgesehen sein, dass durch das Verfahren ein Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gesteuert wird. Ein Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Motorsteuerung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Sämtliche Vorteile, die in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. mit einer Motorsteuerung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Darüber hinaus kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung vorgesehen sein, dass eine Stärke einer, insbesondere internen, Abgasrückführung abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffes durch die Motorsteuerung eingestellt wird. Insbesondere bei einem Treibstoff mit hohen Ethanolgehalt kann bei einem kalten Verbrennungsmotor, beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor kurz nach dem Start des Verbrennungsmotors, eine Abgasrückführung für eine zusätzliche Aufheizung des Brennraumes des Verbrennungsmotors verwendet werden. Dabei wird Abgas eines Verbrennungsvorganges im Brennraum des Verbrennungsmotors zurückgehalten bzw. wieder in diesen eingesaugt. Dieses heiße Abgas wird dazu verwendet, die durch die hohe Verdampfungsenthalpie des verwendeten Treibstoffes erzeugte Verdunstungskälte auszugleichen. Der Verbrennungsmotor heizt sich dadurch schneller auf, die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors kann so verkürzt werden. Bei einem Verbrennungsmotor, der seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist eine derartige Aufheizung nicht mehr nötig. Es kann daher vorgesehen sein, durch das Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung bei einem Verbrennungsmotor auf Betriebstemperatur diese Abgasrückführung wieder abzustellen. Eine besonders gute Leistungsausbeute des Verbrennungsmotors kann so erreicht werden.
Ferner kann bei einer Weiterentwicklung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung vorgesehen sein, dass die Stärke der, insbesondere internen, Abgasrückführung durch einen Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer zumindest eines Einlass- und/oder eines Auslassventils eingestellt wird. Durch eine Verschiebung der Ventilöffnungszeiten wird somit, beispielsweise bei einem frühen Schließen der Auslassventile eine Zurückbehaltung des Abgases im Brennraum, bei einem späten Schließen der Auslassventile ein Wiederansaugen von Abgas in den Brennraum erreicht. Durch das Einstellen der Stärke der Abgasrückführung kann insbesondere die Temperatur des sich im Brennraum befindenden Treibstoff-Luft-Gemisches erhöht werden. Eine bessere Verdampfung des Treibstoffs und eine damit einhergehende bessere Verbrennung kann somit erreicht werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung vorgesehen sein, dass durch die, insbesondere interne, Abgasrückführung eine Erhöhung einer Temperatur eines im Brennraum eingeleiteten Treibstoff-Luft-Gemisches um 50°C bis 100°C, insbesondere um 70°C bis 80°C, besonders bevorzugt um 75°C erreicht wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass durch die Erhöhung der Temperatur des Brennraumes, die über die Abgasrückführung erreicht wird, die Erniedrigung der Temperatur des Brennraumes, die durch die Beimengung von einer Treibstoffkomponente mit erhöhter Verdampfungsenthalpie einhergeht, kompensiert werden kann. Beispielsweise kann normaler Ottokraftstoff den Brennraum des Verbrennungsmotors um ca. 25°C abkühlen, Ethanol jedoch um ca. 100°C. Bei einem Treibstoffgemisch, das beispielsweise Ottokraftstoff und Ethanol aufweist, wird die Abkühlung durch die Verdampfung des Treibstoffes in der eingeleiteten Luft sich in diesem Temperaturrahmen bewegen, abhängig von der Menge des im Treibstoff enthaltenen Ethanols. Die Stärke der Abgasrückführung kann erfindungsgemäß derart eingestellt sein, dass die Abkühlung des Brennraumes durch das Treibstoff-Luft-Gemisch immer auf demselben Niveau verbleibt, wie sie bei einem reinen Ottokraftstoff auftreten würde. Dadurch können diese Verbrennungseigenschaften unabhängig von der Treibstoffzusammensetzung optimiert und die Leistung des Verbrennungsmotors somit erhöht werden.
Die Erfindung oder die Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden auch nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Motorsteuerung und einen Verbrennungsmotor,
Fig. 2 ein Verfahren zur Motorsteuerung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Motorsteuerung,
Fig. 4 eine zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Motorsteuerung und
Fig. 5 eine dritte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Motorsteuerung.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 , 2, 3, 4 und 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Motorsteuerung 1 und ein durch die Motorsteuerung 1 gesteuerter Verbrennungsmotor 4 gezeigt. Der Verbrennungsmotor 4 kann dabei insbesondere als ein Kolbenverbrennungsmotor, bevorzugt als ein Kolbenverbrennungsmotor mit variabel ansteuerbaren Einlass- und Auslassventilen, ausgestaltet sein. Der Motorsteuerung 1 werden Betriebsdaten 2 zugeführt. Derartige Betriebsdaten können beispielsweise eine Treibstoffzusammensetzung, insbesondere der Ethanolgehalt des Treibstoffs, eine Motortemperatur, ein Kurbelwellenwinkel oder Ähnliches umfassen. Diese Betriebsdaten 2 dienen der Motorsteuerung 1 als Basis zum Ansteuern des Verbrennungsmotors 4. Die Motorsteuerung 1 ist dazu zum Senden von Ansteuerungssignalen 3 an den Verbrennungsmotor 4 ausgebildet. Derartige Ansteuerungssignale 3 können beispielsweise einen Öffnungszeitpunkt 10 oder eine Öffnungsdauer 1 1 eines Auslassventils, einen Öffnungszeitpunkt 20 oder eine Öffnungsdauer 21 eines Einlassventils, einen Einspritzzeitpunkt 30, eine Einspritzdauer 31 und/oder einen Zündzeitpunkt 50 umfassen. Insbesondere können dabei die Ansteuersignale 3 derart gewählt sein, dass eine Stärke einer internen Abgasrückführung eingestellt werden kann.
In allen Fig.en 2 bis 5 sind Öffnungszeitpunkte 10, 20 und Öffnungsdauern 1 1 , 21 eines Auslassventils bzw. eines Einlassventils sowie Einspritzzeitpunkt 30 und Einspritzdauer 31 gegen einen Kurbelwellenwinkel θ aufgetragen. Dabei liegt ein vollständiger Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors bzgl. des Kurbelwellenwinkels θ zwischen -720 und 0°. Die Winkelbereiche im -720° bis -630° des Kurbelwellenwinkels θ sind nicht dargestellt. Der Winkelbereich zwischen -720° bis -540° des Kurbelwellenwinkels θ stellt dabei die Arbeitsphase des Verbrennungsmotors dar. Der Kolben im Zylinder des Verbrennungsmotors wird durch das Ausdehnen der Verbrennungsgase nach unten gedrückt, der Brennraum vergrößert sich. Zwischen -540° und -360° befindet sich der Verbrennungsmotor in seiner Ausstoßphase. Der Kolben des Verbrennungsmotors bewegt sich nach oben, der Brennraum wird verkleinert und das Abgas ausgestoßen. Bei -360° ist das Volumen des Brennraumes minimal. Zwischen den Kurbelwellenwinkeln θ = -360° und θ = -180° befindet sich die Ansaugphase des Verbrennungsmotors. Der Kolben bewegt sich nach unten, der Brennraum wird vergrößert und Frischgas wird in den Brennraum eingesaugt. Zwischen -180° und 0° befindet sich die Verdichtungsphase des Verbrennungsmotors, der Kolben bewegt sich wieder nach oben, der Brennraum wird verkleinert und das darin enthaltene Treibstoff-Luft-Gemisch wird verdichtet. Bei Kurbelwellenwinkel θ = 0° ist das Volumen des Brennraumes wiederum minimal. Kurz vor Kurbelwellenwinkel θ = 0° befindet sich der Zündzeitpunkt 40 an dem die Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemisches initiiert wird. Die Verbrennung bewirkt eine Ausdehnung des Gemisches, der Kolben bewegt sich wieder nach unten und der Zyklus beginnt Kurbelwellenwinkel θ -720° wieder von vorne.
In Fig. 2 ist ein Verfahren zur Motorsteuerung 1 in einer Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Öffnungszeitpunkt 10 und die Öffnungsdauer 1 1 des Auslassventils sind auf die Ausstoßphase des Verbrennungsmotors, d. h. zwischen Kurbelwellenwinkel θ = -540° und θ = -360°, abgestimmt. Dadurch wird das komplette Abgas aus dem Brennraum des Verbrennungsmotors ausgestoßen. Bei Kurbelwellenwinkel θ ~ -360° wird das Auslassventil geschlossen und das Einlassventil geöffnet. Der Öffnungszeitpunkt 20 und die Öffnungsdauer 21 des Einlassventils sind dabei auf die Ansaugphase des Verbrennungsmotors angepasst. Diese befindet sich bei Kurbelwellenwinkel θ = -360° bis θ = -180°. Der gesamte Hub des Kolbens im Zylinder des Verbrennungsmotors wird somit für die Ansaugung von Frischluft verwendet. Dargestellt ist eine Direkteinspritzung, d. h. eine Einspritzung von Treibstoff direkt in den Brennraum des Verbrennungsmotors. Diese Einspritzung 30, 31 erfolgt beginnend bei Kurbelwellenwinkel θ ~ -270°. Nach Schließung des Einlassventils bei Kurbelwellenwinkel θ ~ -135° erfolgt kurz vor Kurbelwellenwinkel θ = 0° die Zündung 40. Der Verbrennzyklus beginnt damit wieder von vorne bei Kurbelwellenwinkel θ = -720°.
In Fig. 3 ist eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Motorsteuerung 1 gezeigt. Der Öffnungszeitpunkt 20 und die Öffnungsdauer 21 des Einlassventils sind gegenüber dem in Fig. 1 beschriebenen Motorsteuerung 1 unverändert. Der Öffnungszeitpunkt 10 des Auslassventils ist jedoch zu einem späteren Kurbelwellenwinkel θ verschoben. Dadurch ist das Auslassventil noch geöffnet, wenn nach Kurbelwinkel θ = -360° die Ansaugphase des Verbrennungsmotors wieder beginnt. Daher wird auch aus dem Abgastrakt des Verbrennungsmotors Abgas wieder in den Brennraum des Verbrennungsmotors zurück eingesaugt. Durch dieses heiße Abgas kann eine Abkühlung des Brennraumes durch einen Treibstoff mit hoher Verdampfungsenthalpie ausgeglichen werden. Insbesondere ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren zur Motorsteuerung 1 auch vorgesehen, zwei Einspritzpunkte 30 vorzusehen, wobei einer der Einspritzpunkte 30, nämlich der Einspritzzeitpunkt 30 bei Kurbelwellenwinkel θ ~ -330°, der Treibstoff direkt in das heiße Abgas eingespritzt wird. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Verdampfung dieses Treibstoffes. Weiterer Treibstoff wird bei Kurbelwellenwinkel θ ~ - 270° eingespritzt und erhöht dadurch den Treibstoffanteil im Treibstoff-Luft-Gemisch. Kurz vor Ende der Verdichtungsphase des Verbrennungsmotors, die zwischen Kurbelwellenwinkel θ = -180° und θ = 0° stattfindet, erfolgt die Zündung 40. Anschließend beginnt der Motorzyklus erneut. Durch den späten Öffnungszeitpunkt 10 des Auslassventils kann somit eine, insbesondere interne, Abgasrückführung erreicht werden, wodurch eine zusätzliche Abkühlung durch die Verwendung eins Treibstoffes mit hoher Verdampfungsenthalpie ausgeglichen werden kann.
Fig. 4 zeigt eine zweite Möglichkeit einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Motorsteuerung 1 . Der Unterschied zu der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung 1 liegt darin, dass der Öffnungszeitpunkt 10 des Auslassventils in dieser Ausgestaltungsform in Bezug auf die in Fig. 1 gezeigte Motorsteuerung 1 zu kleineren Kurbelwellenwinkeln θ verschoben ist. Die maximale Öffnung des Auslassventils befindet sich nicht bei Kurbelwellenwinkel θ ~ -450° sondern bereits bei etwa Kurbelwellenwinkel θ ~ -495°. Dadurch ist die Ausstoßphase des Verbrennungsmotors, die sich zwischen Kurbelwellenwinkel -540° und -360° befindet, noch nicht abgeschlossen, wenn die Öffnungsdauer 1 1 des Auslassventils bereits beendet ist. Dadurch wird das Verbrennungsabgas nicht vollständig aus dem Brennraum des Verbrennungsmotors ausgestoßen, sondern verbleibt zum Teil im Brennraum. Dies stellt eine weitere Möglichkeit dar, eine, insbesondere interne, Abgasrückführung zu realisieren. Die Steuerung des Einlassventils 20, 21 sowie der Einspritzzeitpunk 30 und die Einspritzdauer 31 erfolgt wie bei dem in Fig. 3 beschriebenen Verfahren zur Motorsteuerung 1 . Auch durch die Vorverlagerung des Öffnungszeitpunktes 10 unter der Öffnungsdauer 1 1 des Auslassventils kann somit eine Abgasrückführung erreicht werden, wodurch sich Kühlungseffekte, die durch Treibstoffe mit erhöhter Verdampfungsenthalpie einhergehen, kompensiert werden können.
In Fig. 5 ist ein Verfahren zur Motorsteuerung 1 gezeigt, das gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Insbesondere stellt das in Fig. 5 dargestellte Verfahren zur Motorsteuerung 1 eine Abwandlung des in Fig. 3 gezeigten Verfahrens zur Motorsteuerung 1 dar. Im Unterschied zu dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren zur Motorsteuerung 1 ist in dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren zur Motorsteuerung 1 der Öffnungszeitpunkt 20 und die Öffnungsdauer 21 des Einlassventils zu kleineren Kurbelwellenwinkeln θ verschoben. Dadurch wird insbesondere in der Ausstoßphase, die sich zwischen Kurbelwellenwinkel θ = -540 und θ = -360° befindet, Abgas auch in den Einlassbereich des Verbrennungsmotors ausgestoßen. Zu Beginn der Ansaugphase, die zwischen Kurbelwellenwinkel θ = -360° und θ = -180° liegt, sind sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil noch geöffnet. Somit wird sowohl aus dem Auslass- als auch aus dem Einlassbereich Abgas in den Brennraum eingesaugt. Eine interne Abgasrückführung ist dadurch vorhanden. Einspritzzeitpunkt 30 und Einspritzdauer 31 sind derart gewählt, dass sie bei offenem Einlassventil 20, 21 direkt in den Einlasskanal erfolgt, wobei das im Brennraum des Verbrennungsmotor befindliche Abgas durch seine hohe Temperatur einer Abkühlung durch die Verdampfung des Treibstoffes mit erhöhter Verdampfungsenthalpie entgegenwirkt. Auch auf diese Weise kann somit der erhöhten Verdunstungskälte bei Verwendung eines Treibstoffes mit hoher Verdampfungsenthalpie durch eine interne Abgasrückführung entgegengewirkt werden.
Bezugszei chen l i ste Motorsteuerung
Betriebsdaten
Ansteuersignale
Verbrennungsmotor Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils
Öffnungsdauer eines Auslassventils Öffnungszeitpunkt eines Einlassventils
Öffnungsdauer eines Einlassventils Einspritzzeitpunkt
Einspritzdauer Zündzeitpunkt Kurbelwellenwinkel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Motorsteuerung (1 ) zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein Treibstoff verbrannt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1 ) den Verbrennungsmotor zumindest in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs steuert.
Motorsteuerung (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Motorsteuerung (1 ) den Verbrennungsmotor abhängig von einer Größe eines Anteils im Treibstoff mit hoher Verdampfungsenthalpie, insbesondere von Ethanol, steuert.
Motorsteuerung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1 ) einen Öffnungszeitpunkt (10) und/oder eine Öffnungsdauer (1 1 ) zumindest eines variabel ansteuerbaren Auslassventils des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs einstellt.
Motorsteuerung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1 ) einen Öffnungszeitpunkt (20) und/oder eine Öffnungsdauer (21 ) zumindest eines variabel ansteuerbaren Einlassventils des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs einstellt.
Motorsteuerung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1 ) einen Einspritzzeitpunkt (30) und/oder eine Einspritzdauer (31 ) des Kraftstoffs abhängig von einer
Zusammensetzung des Treibstoffs einstellt.
6. Motorsteuerung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1 ) eine Stärke einer, insbesondere internen, Abgasrückführung abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs steuert.
7. Verbrennungsmotor, wobei in einem Brennraum des Verbrennungsmotors ein
Treibstoff verbrennt und der Verbrennungsmotor eine Motorsteuerung (1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1 ) gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
8. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Brennraum durch eine Motorsteuerung (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor zumindest in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs durch die Motorsteuerung (1 ) gesteuert wird.
9. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung (1 ) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren ein Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 7 gesteuert wird.
10. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stärke einer, insbesondere internen, Abgasrückführung abhängig von einer Zusammensetzung des Treibstoffs durch die Motorsteuerung (1 ) eingestellt wird.
1 1 . Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung (1 ) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der,
insbesondere internen, Abgasrückführung durch einen Öffnungszeitpunkt (10, 20) und/oder einer Öffnungsdauer (1 1 , 21 ) zumindest eines Einlass- und/oder eines Auslassventils eingestellt wird.
12. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors durch eine Motorsteuerung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die, insbesondere interne, Abgasrückführung eine Erhöhung einer Temperatur eines in den Brennraum eingeleiteten Treibstoff-Luft-Gemisches um 50°C bis 100°C, insbesondere 70°C bis 80°C, besonders bevorzugt 75°C erreicht wird.
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