Verfahren zur Anpassung der Übergangskompensation Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt und werden betrieben, indem man dem Brennraum während des Ansaugtakts ein Luft- Kraftstoff- Gemisch zuführt. Zur Erzeugung des Luft-Kraftstoff-Gemischs spritzen und zerstäuben Einspritzventile eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff in ein

Saugrohr, das über eine Einlassöffnung mit dem Brennraum verbunden ist. Eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe bestimmt dabei welche Frischluftmenge in Richtung des Brennraums angesaugt wird. Mit dem Öffnen der Drosselklappe wird eine Druckerhöhung im Saugrohr verursacht, wodurch die

Verdampfungsneigung des eingespritzten Kraftstoffs gemindert wird. Zusammen mit Kraftstoff, der beispielsweise vom Einspritzventil an die Saugrohrwand gespritzt wird, lagert sich Kraftstoff auch auf Grund der verringerten

Verdampfungsneigung beim Öffnen der Drosselklappe an der Saugrohrwand an. Im Falle des Schließens der Drosselklappe wird im Saugrohr der Druck erniedrigt, die Verdampfungsneigung steigt und an der Wand angelagerter Kraftstoff verdampft in das Saugrohr, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch anfettet. In beiden Fällen unterscheidet sich die dem Brennraum zugeführte Kraftstoffmenge bzw. Ist-Kraftstoffmenge von der vorgesehenen Kraftstoffmenge bzw. der Sollkraftstoffmenge.

Es ist daher allgemein bekannt, die vorgesehene Kraftstoffmenge, die in das Saugrohr gespritzt wird, dahingehend abzustimmen, dass Verluste bzw.

Zusatzmengen an Kraftstoff, die beispielsweise aus dem An- bzw. Ablagern des Kraftstoffs an der Wand resultieren, bei einer Laständerung kompensiert werden. Diese Vorgehensweise wird als Übergangskompensation bezeichnet und wird beispielsweise in DE 10 2007 005 381 A1 beschrieben. Im Rahmen einer ökonomisch und ökologisch sinnvollen Übergangskompensation ist es notwendig, einerseits zu wissen, wie groß die zur Kompensation notwendige Kraftstoffmengenänderung für die jeweilige Betriebssituation sein soll und andererseits diese Kenntnis zu nutzen, um abhängig von Betriebsparametern, wie z. B. dem Saugrohdruck, die vorbestimmte Kraftstoffmenge zu korrigieren. Je genauer dabei die zur Übergangskompensation notwendige

Kraftstoffmengenänderung bekannt ist, desto genauer kann die Anpassung der Übergangskompensation erfolgen. Erfolgt keine oder eine falsche

Übergangskompensation besteht die Gefahr, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum abmagert bzw. anfettet. Unter diesen Umständen kann es dann zu Leistungseinbrüchen bis hin zu Verbrennungsaussetzern kommen. Andererseits erlaubt die möglichst genaue Bestimmung der zur Übergangskompensation notwendigen Kraftstoffmenge einen emissionsarmen und gleichmäßigen Betrieb der Brennkraftmaschine.

Zur Bestimmung der Kompensationsmenge kann die Beschaffenheit des Wandfilms im Saugrohr herangezogen werden. Die Menge des an- bzw.

abgelagerten Kraftstoffs und damit die Beschaffenheit des Wandfilms, insbesondere seine Dicke, sind abhängig von zahlreichen Parametern, wie beispielsweise der Saugrohrtemperatur, dem Saugrohrdruck und der Drehzahl. Daher ist es zweckmäßig, die Beschaffenheit des Wandfilms in Anhängigkeit von diesen Parametern, insbesondere für verschiedene Betriebssituationen, zu kennen und mit Hilfe der Kenntnis dieser Abhängigkeit die

Übergangskompensation unter verschiedenen Bedingungen anpassen zu können. Dabei ist es üblich, die eingespritzte Kraftstoffmenge mittels einer Steuereinheit bzw. mittels eines Steuergerätes in Abhängigkeit von der

Betriebssituation zu steuern und dabei Rücksicht zu nehmen auf die jeweils notwendige Übergangskompensation, insbesondere bei Lastsprüngen.

Kennt man einmal die für jede Brennkraftmaschine individuelle Abhängigkeit der zur Übergangskompensation notwendigen Änderung des einzuspritzenden Kraftstoffs von verschiedenen Parametern, insbesondere vom Saugrohrdruck, und hat die Übergangskompensation für jede Betriebssituation angepasst, kann nicht ausgeschlossen werden, dass die zur Übergangskompensation notwendige Kraftstoffmengenänderung sich mit der Zeit verändert. In der Tat ist eher davon auszugehen, dass sich die Beschaffenheit des Wandfilms und damit auch die zur Übergangskompensation notwendigen Kraftstoffänderung, beispielsweise durch Verunreinigungen des Saugrohres oder Ähnlichem, mit der Zeit verändert. Eine Kompensation solcher Variationen erfordert es, dass die

Übergangskompensationen erneut angepasst werden müssen, um eine möglichst emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Das wiederholte Anpassen der Übergangskompensation mit Verfahren aus dem Stand der Technik ist sowohl kosten- als auch zeitintensiv und mit einem großen Aufwand verbunden.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Anpassung der Übergangskompensation für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass kostengünstig und ohne großen

Zusatzaufwand Rückschluss auf die Abweichungen von der für den Brennraum vorgesehenen Kraftstoffmenge genommen werden kann.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt verhindert wird, dass Kraftstoff in eines der zum Brennraum führenden

Saugrohre (d.h. das erste Saugrohr) gespritzt wird. Gleichzeit wird während des ersten Verfahrensschrittes dem Brennraum über das zweite Saugrohr (d.h. das zweite) bzw. über mehrere andere Saugrohre eine Ersatzkraftstoffmenge zugeführt, die der Kraftstoffmenge entspricht, die im Normalbetrieb in beide bzw. in alle Saugrohre eingespritzt wird.

Während des ersten Verfahrensschrittes verdampft Kraftstoff, der sich an der Wand des ersten Saugrohrs angelagert hat, und fettet das Luft- Kraftstoff- Gemisch an, das in den Brennraum geleitet wird.

Das während des ersten Verfahrensschritts auftretende Anfetten des Luft- Kraftstoff-Gemisches lässt sich anhand der Änderung eines Lambda-Wertes, d.h. anhand einer Lambda-Wert-Änderung, feststellen. Eine Lambda-Sonde, die vorzugsweise am Ausgang des Brennraums bzw. der Mehrzahl von in der Brennkraftmaschine vorhandenen Brennräumen oder im Auspufftrakt angeordnet ist, ermittelt dabei den Lambda-Wert, der den Restsauerstoffgehalt im aus dem Brennraum austretenden Abgas quantifiziert. Insbesondere lässt sich während des ersten Verfahrensschritts ein Fettausflug, d.h. eine Abnahme mit

anschließendem Anstieg des Lambda-Wertes, beobachten.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird die erste Testkraftstoffmenge über das erst Einspritzventil in das erste Saugrohr und die zweite Testkraftstoffmenge über das zweite Einspritzventil in das zweite Saugrohr eingespritzt. Die Summe aus erster und zweiter Kraftstoffmenge entspricht dabei der vorbestimmten

Kraftstoffmenge im Normalbetrieb bzw. der Ersatzkraftstoffmenge. Dieses führt dazu, dass sich im ersten Saugrohr an der Wand Kraftstoff anlagert und das dem Brennraum zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch abmagert. Die Lambda-Wert- Änderung nimmt während des zweiten Verfahrensschritts die Form eines

Magerausflugs an, d.h. der Lambda-Wert steigt zunächst und nimmt

anschließend wieder ab.

Die Größe und Dauer von Fett- bzw. Magerausflug sind ein Maß für die quantitative Differenz zwischen Ist- und Sollkraftstoffmenge im Brennraum.

Erfindungsgemäß werden daher die für die jeweilige Betriebssituation

beobachteten Lambda-Wert-Änderungen zur Anpassung der

Übergangskompensation herangezogen. Dabei ist die Verwendung einer in der Regel in der Brennkraftmaschine bereits vorzufindende Lambda-Sonde erfindungsgemäß vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, auf die Verwendung weiterer und damit Zusatzkosten verursachender Detektionsmittel zu verzichten, beispielsweise solche, die die Wandfilmbeschaffenheit ermitteln. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass nicht nur diejenigen Abweichungen von der Sollkraftstoffmenge berücksichtigt werden, die aus dem An- oder Ablagern des Kraftstoffs an der Wand des Saugrohrs resultieren, sondern auch diejenigen, die aus anderen potentiellen Ursachen folgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Normalbedingungen die erste und zweite Kraftstoffmenge und/oder im zweiten Verfahrensschritt die erste und zweite Testkraftstoffmenge zu gleichen Teilen in das Saugrohr gespritzt. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Einspritzventile baugleich sein können, wodurch zusätzliche Kosten vermieden werden, die durch die Produktion einer weiteren Sorte von Einspritzventilen entstehen.

Wiederholt man das Verfahren für verschiedene Betriebssituationen, erhält man einen Überblick über die Abweichungen von Ist- und Sollkraftstoffmenge in Abhängigkeit von allen möglichen Betriebssituation und kann die

Übergangskompensation für jede Betriebssituation anpassen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es dann vorgesehen, ein

Kennfeld zu erstellen, das der jeweiligen Betriebssituation die angepasste Übergangskompensation zuordnet. Insbesondere ist es dann vorgesehen, über ein Steuerprogramm, wie z.B. über ein DOE-Programm, die einzuspritzende Kraftstoffmenge für jede Betriebssituation zu korrigieren. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, unter verschiedenen Betriebssituationen die Brennkraftmaschine besonders emissionsarm zu betreiben und dabei den gleichmäßigen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Lambda-Wert-Änderung zu Beginn des ersten Verfahrensschritts und/oder zu Beginn des zweiten Verfahrensschritts ermittelt. Wird die Lambda-Wert- Änderung nur zu Beginn des ersten oder nur zu Beginn des zweiten

Verfahrensschritts erfasst, lässt sich in vorteilhafter Weise der

Auswertungsaufwand der Lambda-Sonde reduzieren. Wrd die Lambda-Wert- Änderung sowohl zu Beginn des ersten als auch zu Beginn des zweiten

Verfahrensschritts festgestellt, ist es möglich die Messgenauigkeit zu erhöhen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, während des Nutzungsbetriebs den ersten und zweiten Verfahrensschritt durchzuführen, d.h. die Abweichung von der für den Brennraum vorgesehenen Sollkraftstoffmenge zu ermitteln und diese zur Anpassung der Übergangskompensation zu verwenden. Unter Nutzungsbetrieb wird ein solcher Betrieb verstanden, der nicht ausschließlich Testzwecken dient. Es ist dabei besonders vorteilhaft, dass darauf verzichtet wird, zeitaufwendig im Vorfeld alle sich vorstellbaren Betriebssituationen auszutesten und anschließend das Kennfeld zu erstellen. Stattdessen ist es vorgesehen, sukzessiv das Kennfeld der Ist und Sollkraftstoffmengen d.h. der Wandfilmbeschaffenheit zu ermitteln, indem das zuvor bestehende Kennfeld um eine angepasste Übergangskompensation erweitert bzw. korrigiert wird, sobald die Brennkraftmaschine unter einer bislang nicht berücksichtigen Betriebssituation betrieben wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach einer vorgeschriebenen Zeit die Übergangskompensation erneut für verschiedene Betriebssituationen angepasst. Hat sich die Abhängigkeit der Wandfilmbeschaffenheit bzw. die Abweichung von der für den Brennraum vorgesehenen Kraftstoffmenge der Brennkraftmaschine für eine Betriebssituation geändert, ersetzen die neu angepassten Übergangskompensationen diejenigen, die bis zu diesem Zeitpunkt genutzt wurden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht die Brennkraftmaschine selbständig bei nächstmöglicher Gelegenheit in eine

Testphase (d.h. es wird der erste und der zweit Verfahrensschritt durchgeführt), sobald festgestellt wird, dass sich seine Emission nach dem

Verbrennungsprozess verändert, insbesondere verschlechtert. Beispielsweise könnte sich eine Verschlechterung anhand einer Abweichung vom Sollwert des Lambda-Werts oder auch anhand einer Verschlechterung eines Abgaswertes im

Normalbetrieb äußern. In der Testphase wird die Wandfilmbeschaffenheit gemäß einem der vorangestellten Verfahren unter verschiedenen möglichen

Betriebssituationen ermittelt und anschließend die Übergangskompensation erneut angepasst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Figur 1 eine Illustration eines Teils einer Brennkraftmaschine, Figur 2 a eine schematische Darstellung eines Teils der Brennkraftmaschine, welche einen ersten Verfahrensschritt eines Verfahren gemäß einer

beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt, wobei Figur 2 b und Figur 2 c die zeitliche Änderung einer angelagerten

Kraftstoffmenge zeigen und Figur 2 d die zeitliche Änderung eines Lambda- Werts zeigt.

Figur 3 a eine schematische Darstellung eines Teils der Brennkraftmaschine, welche einen zweiten Verfahrensschritt eines Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt, wobei Figur 3 b und Figur 3 c die zeitliche Änderung einer angelagerten

Kraftstoffmenge zeigen und Figur 3 d die zeitliche Änderung eines Lambda- Werts zeigt.

Ausführungsformen der Erfindung

In Figur 1 ist eine Illustration eines Teils einer Brennkraftmaschine 1 gezeigt, die einen Brennraum 2, ein Einspritzventil 12, ein Einlassventil 10', ein

Zündungsmittel 13, eine Einspritzventilöffnung 14, eine Einlassöffnung 10 und ein erstes Saugrohr 1 1 umfasst, während Kraftstoff 3 in das erste Saugrohr 1 1 in Richtung Brennraum eingespritzt wird, wobei auch ein zweites Saugrohr vorgesehen ist (nicht in der Figur 1 gezeigt). Der Kraftstoff wird beim Einspritzen in Form von Spraykegeln zerstäubt, was in Figur 1 mittels gestrichelter Linie dargestellt ist. Die Darstellung lässt erkennen, dass in einer realistischen Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 1 beim Einspritzen auch Kraftstoff 3 an die Wand des Saugrohrs 1 1 gespritzt wird.

In Figur 2 a und Figur 2 b ist eine schematische Darstellung eines Teils der Brennkraftmaschine 1 dargestellt, welche einen ersten Verfahrensschritt eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt. Die Brennkraftmaschine weist den Brennraum 2, ein erstes und zweites Saugrohre 11 und 21 und pro Saugrohr wenigstens ein

Einspritzventil, d.h. wenigstens zwei Einspritzventile 12,22 auf. Der Brennraum 2 ist so ausgestaltet, dass sich ein Kolben (nicht in der Figur gezeigt) darin bewegen kann und die Wandung des Brennraums zwei Einlassöffnungen 10,20, durch die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch angesaugt wird, und zwei

Auslassöffnungen 30,31 , aus denen die Rohabgase nach dem

Verbrennungsprozess des Luft-Kraftstoff-Gemisches aus dem Brennraum 2 in Auslassrohre 32,33 ausgestoßen werden, aufweist. Am Ausgang des

Brennraums 2 befindet sich üblicherweise eine Lambda-Sonde, die in der Lage ist, den Restsauerstoffgehalt des Abgases zu ermitteln. Im Normalbetrieb wird aus beiden Einspritzventilen 12,22 eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in

Richtung der jeweiligen Einlassöffnungen 10,20 in die Saugrohre 11 , 12 eingespritzt, wodurch sich zusammen mit der angesaugten Luft im jeweiligen

Saugrohr ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet. Die Menge der angesaugten Luft wird mittels einer Drosselklappe variiert. Wenn die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise ein erhöhtes Drehmoment zur Verfügung stellen soll, öffnet sich die Drosselklappe. In diesem Fall erhöht sich der Druck im Saugrohr 1 1 ,21 , die Verdampfungsneigung des Kraftstoffs sinkt und ein Teil des Kraftstoffs lagert sich an der Wand ab. Zusammen mit Kraftstoff, der beim Einspritzen an die Wand gespritzt wurde, fehlt der an der Wand angelagerte Kraftstoff dem Luft-Kraftstoff- Gemisch, wenn es dem Brennraum 2 zugeführt wird. Beim Schließen der Drosselklappe sinkt der Saugrohrdruck, die Verdampfungsneigung des

Kraftstoffs nimmt zu, der an der Saugrohrwand angelagerte Kraftstoff verdampft in das Volumen des Saugrohrs und wird schließlich dem Brennraum 2 zusätzlich zugeführt. Sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen ist daher damit zu rechnen, dass nicht die vorgesehen Kraftstoffmenge in den Brennraum gelangt. Die dem Brennraum zugeführte Kraftstoffmenge unterscheidet sich von der Sollkraftstoffmenge. Um bei der Vorbestimmung des einzuspritzenden Kraftstoffs

Kraftstoffänderungen, die beispielsweise aus dem An- bzw. Ablagern des Kraftstoffs an die Saugrohrwand 11 ,21 resultieren, mit zu berücksichtigen, ist es erforderlich, zu wissen, wie sehr sich die Ist- von der Sollkraftstoffmenge unterscheidet.

Figur 2 stellt einen ersten Verfahrensschritt dar, bei dem ein erstes

Einspritzventile 12 über wenigstens einen Gesamtzyklus geschlossen wird, so dass kein Kraftstoff in das erste Saugrohr 11 eingespritzt wird und sich an dessen Wand der Wandfilm zurückbildet. Gleichzeitig spritzt das zweite

Einspritzventil 22 eine Ersatzkraftstoffmenge 4 in das zweite Saugrohr 21 ein, dessen Menge genau der Kraftstoffmenge entspricht, die im Normalbetrieb aus beiden Einspritzventilen zusammen eingespritzt würde (in der Figur durch das fett gedruckte 2x illustriert). Figur 2 b zeigt, dass sich während des ersten Verfahrensschritts die Kraftstoffanlagerung an der Wand des ersten Saugrohrs 310 mit der Zeit 300 abnimmt. Die Kraftstoffanlagerung an der Wand des zweiten

Saugrohres 320 bleibt hingegen konstant gegenüber der Zeit 300, wie es in

Figur 2 c dargestellt ist.

Mit Hilfe der Lambda-Sonde stellt man fest, dass während der Rückbildung des Wandfilms der gemessene Lambda-Wert 330 zunächst mit der Zeit 300 abnimmt und anschließend wieder zum Lambda-Wert zurückkehrt, den die Lambda-Sonde vor dem Schließen des Einspritzventils gemessen hat. Das kurzfristige Absinken und anschließende Ansteigen des Lambda-Wertes, d.h. diese Lambda-Wert- Änderung, wird als Fettausflug bezeichnet und wird in Figur 2 d gezeigt. In Figur 3 wird der zweite Verfahrensschritt des Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch illustriert ist.

Im zweiten Verfahrensschritt wird das erste Einspritzventil 12 wieder geöffnet und eine erste Testkraftstoffmenge 6 wird in das erste Saugrohr 1 1 gespritzt. Die erste Testkraftstoffmenge 6 bildet zusammen mit einer zweiten

Testkraftstoffmenge 6', die aus dem zweiten Einspritzventil 22 in das zweite Saugrohr 21 eingespritzt wird, eine Kraftstoffmenge, die der vorbestimmten Kraftstoffmenge aus dem Normalbetrieb bzw. der Ersatzkraftstoffmenge entspricht. Im ersten Saugrohr 1 1 lagert sich während des zweiten

Verfahrensschritts erneut Kraftstoff an der Wand ab, d.h. die Kraftstoffanlagerung an der Wand des ersten Saugrohrs 310 nimmt mit der Zeit 300 zu. Dies ist in der Figur 3 b dargestellt. Figur 3 c zeigt, dass die Kraftstoffanlagerung an der Wand des zweiten Saugrohrs 320 konstant bleibt. Ebenso stellt man währen des zweiten Verfahrensschritts fest, dass der Lambdawert 330 mit der Zeit 300 zunächst ansteigt und anschließend zum Lambda-Wert zurückkehrt, den die

Lambda-Sonde vor dem Öffnen des Einspritzventils aufwies. Dieses kurzfristige Ansteigen und anschließende Abfallen des Lambda-Wertes wird als

Magerausflug bezeichnet und ist in Figur 3 d dargestellt. Das Wiederholen des ersten und zweiten Verfahrensschritts unter verschiedenen Betriebssituationen, ermöglicht es, die Differenz zwischen der Ist- und

Sollkraftstoffmenge des dem Brennraum zugeführten Kraftstoffs für die jeweilige Betriebssituation zu bestimmen.

Die Kenntnis über die Abweichung von der für den Brennraum 2 vorgesehenen

Kraftstoffmenge erlaubt es dann, für jede Betriebssituation der

Brennkraftmaschine 1 die Menge des vorbestimmte Kraftstoffs zu korrigieren, d.h. die Übergangskompensation für die jeweilige Betriebssituation anzupassen.