DE19538732B4

DE19538732B4 - Verfahren zur Regelung des Warmlaufs in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19538732B4
Application number: DE19538732A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Denz; Martin Dipl.-Ing. Klenk; Werner Dipl.-Ing. Dr. Herden; Hubert Dr.-Ing. Dr. Bischof; Albert Gerhard; Matthias Dr.-Ing. Dr. Kuesell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: DE19538732A1; US5722371A

Abstract

Verfahren zur Regelung des Warmlaufs in einer Brennkraftmaschine, wobei der Warmlauf in mindestens zwei Phasen (P1 und P2) unterteilt wird und wobei die Brennkraftmaschine in einer ersten Phase (P1), wenn der Katalysator noch kalt ist, im Magerbetrieb gesteuert wird und in einer zweiten Phase (P2), wenn der Katalysator bereits etwas erwärmt ist, der Zündzeitpunkt soweit nach spät verlegt wird, dass die Verbrennung zum Zeitpunkt des Öffners eines Auslassventils noch nicht abgeschlossen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung des Warmlaufs in einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. In der DE 692 06 286 T3 ist ein Verfahren offenbart, bei dem während eines Warmlaufs alternierend, d. h. für jeden zweiten Zündtakt nach Fett hin verschoben wird (Zündwinkel verzögert), und beim darauf folgenden Zündtakt wieder nach Mager verschoben wird (Zündwinkel früh). Aus der DE 43 25 503 C1 wird für einen Warmlauf einer Brennkraftmaschine eine Erhöhung der Füllung und gleichzeitig eine Zündpunktverstellung nach spät offenbart. Die DE 44 00 260 A1 offenbart ein Verfahren zum Warmlauf einer Brennkraftmaschine, bei dem die Luftzuführung (d. h. die Füllung) erhöht wird und gleichzeitig die Zündung nach spät verschoben wird. Aus Motortechnische Zeitschrift 50 (1989) 6, Seiten 247 bis 254 ist es bereits bekannt, den Betrieb von Brennkraftmaschinen so zu steuern, dass die Abgasemisson konsequent herabgesetzt wird. Die Abgasemission ist besonders beim Kaltstart relativ hoch, da der Katalysator noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat und so noch nicht voll betriebsfähig ist. Bei betriebswarmen Motoren und aufgeheizten abgasführenden Teilen reicht das Wärmeangebot des Motors für einen optimalen Katalysatorbetrieb aus. Jedoch ist man nach dem Kaltstart und in der Aufheizphase bemüht, ebenfalls einen möglichst niedrigen Schadstoffausstoß zu gewährleisten. Nach dem Kaltstart in der Aufheizphase treten erhöhte Wärmeverluste des Abgases durch Erwärmen des Abgastraktes wie, Auspuffrohr und Katalysator auf. Bei der eingangs genannten Druckschrift ist es das Ziel, nach dem Start ein hohes Wärmeangebot zur Verfügung zu stellen, um den Katalysator möglichst schnell in Betriebsbereitschaft zu versetzen. Dies kann beispielsweise über Zündungseingriffe erfolgen. So wird bei o. g. Druckschrift für jede Starttemperatur und den darauffolgenden Warmlauf im Steuergerät der optimale Zündzeitpunkt berechnet. Die Optimierungskriterien sind hierbei schnelle Aufheizung des Katalysators durch späte Zündwinkel sowie verschleppter Verbrennung und damit hohe Abgastemperaturen, minimaler Schadstoffausstoß durch bessere Abmagerungsfähigkeit des Gemisches in Verbindung mit Frühzündung, minimaler Kraftstoffverbrauch durch frühe Zündwinkel und uneingeschränkte gute Fahrbarkeit durch genaueste Anpassung von Zündung und Kraftstoff-Luft-Gemisch. Beim Stand der Technik wird so der optimale Zündwinkel für die Anwärmphase berechnet und beim Erreichen der Durchwärmphase, wenn der Katalysator so durchgewärmt ist, daß eine über 90%ige Reduktion der Stickoxyde stattfindet, ein neuer Zündwinkel vom Steuergerät aufgrund der Betriebsparameter festgelegt. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Anforderungen durch die Optimierungskriterien ist es nicht immer gewährleistet, daß allen Punkten, die für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine während des Warmlaufs erforderlich sind, Rechnung getragen wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Unterteilung des Warmlaufs in eine erste und eine zweite Phase unterschiedlichste Optimierungskriterien berücksichtigt werden. So erfolgt in einer ersten Phase, wenn der Katalysator noch kalt ist, eine magere Verbrennung mit einem geringen Schadstoffausstoß. In der anschließenden zweiten Phase, wenn der Katalysator bereits etwas erwärmt ist, wird auf späten Zündwinkel und somit verschleppte Verbrennung umgeschaltet, wodurch der Katalysator vollends auf Betriebstemperatur hochgeheizt wird. Damit kann der Fahrkomfort nach dem Kaltstart noch wesentlich erhöht werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Regelung der Verbrennung mittels der Auswertung eines Brennraumdrucksignals erfolgt. Damit können zu jeder Zeit Rückschlüsse über den Ablauf der Verbrennung im Zylinder gezogen werden, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine sehr nah an der Magergrenze ermöglichen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
1 den Prinzipaufbau einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Flußdiagramme zur Durchführung des Verfahrens,
3 ein Diagramm über den Druckverlauf in der ersten Phase des Warmlaufs und
4 ein Diagramm über den Druckverlauf in der zweiten Phase während des Warmlaufs.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Vorrichtung, wobei vier Brennraumdrucksensoren 1 bis 4 vorgesehen sind, die jeweils den Brennraumdruck in den einzelnen nicht dargestellten Zylindern erfassen. Das den Brennraumdruck repräsentierende Signal U_p wird nun jeweils an eine Auswerteeinheit 5 weitergeleitet. Der Auswerteeinheit 5 wird weiterhin noch ein Kurbelwellensignal KW, ein Zylinderidentifikationssignal beispielsweise ein Signal für den oberen Totpunkt OT oder ein Phasensignal der Nockenwelle zugeführt. In der Auswerteeinrichtung 5 wird nun mittels eines Algorithmus, welcher noch zur 2 genauer erläutert werden wird, die Verbrennung in den einzelnen Zylindern ausgewertet. Die Auswerteeinrichtung 5 berechnet aufgrund der ermittelten Verbrennungslage und einer vorgegebenen Sollage der Verbrennung Stellgrößen 6, die dann über Verbindungsleitungen an ein Steuergerät 7 zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine beispielsweise der Zündung und/oder der Einspritzung geleitet werden. Im Normalbetrieb wird das Steuergerät die Zündung und Einspritzung auf der Grundlage von im Steuergerät abgespeicherten Kennfeldern steuern. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Auswerteeinrichtung mit in das Steuergerät zu integrieren.
2 zeigt ein Flußdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Arbeitsschritt 10 wird der Motor der Brennkraftmaschine gestartet. Im anschließenden Arbeitsschritt 11 werden die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie Last, Drehzahl und Temperatur erfaßt. In einer anschließenden Abfrage 12 wird überprüft ob sich der Motor nach einem Kaltstart im Warmlauf befindet. Konnte diese Frage verneint werden so wird im Arbeitsschritt 13 auf den Normalbetrieb NB umgeschaltet. Die Brennkraftmaschine arbeitet dann in normalen kennfeldgesteuerten Betrieb. Wurde die Abfrage 12, ob sich der Motor im Warmlauf befindet mit Ja beantwortet, so wird in der anschließenden Abfrage 14 überprüft, ob die Bedingungen für ein Umschalten von der Phase 1 des Warmlaufs zur Phase 2 des Warmlaufs bereits erreicht sind. Ein Nein auf das Erreichen der Umschaltkriterien von Phase 1 P1 zur Phase P2 führt zum Arbeitsschritt 15. Im Arbeitsschritt 15 wird der Zündzeitpunkt aus dem Kennfeld entnommen und im anschließenden Arbeitsschritt 16 wird die Grundeinspritzzeit t_i ebenfalls aus dem Kennfeld entnommen. Daran anschließend wird in einer Abfrage 17 überprüft, ob der Brennraumdruck zum Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils sich vom Brennraumdruck zum Zeitpunkt des Ansaugens unterscheidet. Damit soll sichergestellt werden, daß die Verbrennung im Zylinder zum Zeitpunkt des öffnen des Auslaßventils mit Sicherheit abgeschlossen ist, um die Brennkraftmaschine nahe an der Magergrenze zu steuern. Wurde die Abfrage 17 mit Ja beantwortet so kann im darauffolgenden Zyklus die Einspritzzeit t_i um ein Δt_i verlängert werden. Wurde die Abfrage 17 mit Nein beantwortet, so bedeutet das, daß die Verbrennung zum Zeitpunkt der Öffnung des Anlaßventils vollständig abgeschlossen war. Damit muß im Arbeitsschritt 19 die Einspritzzeit t_i im darauffolgenden Zyklus um ein Δt_i verringert werden. Anschließend wird zurückgesprungen an den Arbeitsschritt 11 des Flußdiagramms. Wurde in der Abfrage 14 festgestellt, daß das Umschaltkriterium von Phase 1 P1 zur Phase 2 P2 des Warmlaufs bereits erreicht ist, so wird im Arbeitsschritt 20 die Einspritzzeit t_i dem Kennfeld, welches im Steuergerät gespeichert ist, entnommen. Anschließend wird auch ein Grundzündzeitpunkt ZZP zur Steuerung der Brennkraftmaschine dem Kennfeld entnommen. Von diesem Schritt 21 wird nun in der anschließenden Abfrage 22 überprüft, ob der Druckunterschied im Zylinder von vor dem öffnen des Auslaßventils zu nach dem öffnen des Auslaßventils größer ist als ein vorgebbarer Wert P_soll, so daß gilt P(AO) – P(AO) > P_soll. Damit wird sichergestellt, daß die Verbrennung nun während der zweiten Phase des Warmlaufs zum Zeitpunkt des öffnen des Ausgangsventils noch nicht abgeschlossen ist. Über die Vorgabe P_soll sei die Druckdiff. P(–AO) – P(–AO) kann ein Energieanteil best. werden, mit dem der Abgastrakt aufgeheizt wird.
Wurde die Abfrage 22 mit Ja beantwortet so kann der Zündzeitpunkt ZZP im darauffolgenden Zyklus zurückgenommen werden. Wurde die Abfrage 22 mit Nein beantwortet, so ist der Zündzeitpunkt im Arbeitsschritt 24 um einen Korrekturwert ΔZZP nach spät zu verlegen. Anschließend führen auch die Arbeitsschritte 23 und 24 zurück an den Arbeitsschritt 11, in welchem wiederum die Betriebsparameter erfaßt werden und anschließend im Arbeitsschritt 12 überprüft wird, ob sich die Brennkraftmaschine noch im Warmlauf befindet.
3 zeigt den Brennraumdruckverlauf in einem Zylinder über dem Kurbelwellenwinkel KW in Phase 1 des Warmlaufs. Hierbei stellt die Kurve 30 den Druckverlauf im Zylinder ohne Verbrennung dar. Der Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils ist mit A bezeichnet. Der Zündzeitpunkt ZZP ist während des Betriebs der Brennkraftmaschine fest und entspricht dem vom Steuergerät aufgrund der Betriebsparameter ausgegebenen Zündzeitpunkt. Über eine Veränderung der Einspritzzeit t_i wird sichergestellt, daß die Verbrennung im Zylinder nahe an der Magergrenze liegt und jede Verbrennung zum Zeitpunkt des öffnen des Auslaßventils abgeschlossen ist, wozu die Druckdifferenz vor und nach dem öffnen des Ausaßventils verglichen wird. Wie der 3 zu entnehmen, bewirken unterschiedliche Einspritzzeiten einen unterschiedlichen Verbrennungsverlauf. Je magerer das Gemisch, also je größer Lamda um so später liegt das Druckmaximum und um so später ist die Verbrennung abgeschlossen. Die Einspritzung wird so gewählt, daß ein möglichst mageres Gemisch vorliegt und die Verbrennung beim Öffnens des Auslaßventils abgeschlossen ist, da der Katalysator seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat und sonst unverbranntes Gemisch durchschieben würde.
4 zeigt den Brennraumdruckverlauf während des Betriebs in Phase 2 des Warmlaufs. Hier ist die Einspritzzeit wiederum vom Steuergerät aufgrund des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine vorgegeben und der Zündzeitpunkt ZZP wird verändert und zwar so, daß die Verbrennung noch nicht abgeschlossen ist, wenn das Auslaßventil öffnet. Die Regelung der Verbrennunglage mittels Brennraumdruck ist bereits aus der DE 43 41 796 A1 und soll hier nicht näher erläutert werden.

Claims

Verfahren zur Regelung des Warmlaufs in einer Brennkraftmaschine, wobei der Warmlauf in mindestens zwei Phasen (P1 und P2) unterteilt wird und wobei die Brennkraftmaschine in einer ersten Phase (P1), wenn der Katalysator noch kalt ist, im Magerbetrieb gesteuert wird und in einer zweiten Phase (P2), wenn der Katalysator bereits etwas erwärmt ist, der Zündzeitpunkt soweit nach spät verlegt wird, dass die Verbrennung zum Zeitpunkt des Öffners eines Auslassventils noch nicht abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgrund der Betriebsparameter bestimmte Zündzeitpunkt während der ersten Phase (P1) des Warmlaufs der Brennkraftmaschine unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Betriebsbereich bestimmte Einspritzzeit (t_i) während der zweiten Phase (P2) des Warmlaufs der Brennkraftmaschine unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, das zur Festlegung der Steuergrößen in der ersten und zweiten Phase des Warmlaufs das Brennraumdrucksignal ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltkriterien von Phase 1 auf Phase 2 die Kühlwassertemperatur oder die Abgastemperatur oder die Zeit oder eine Summenarbeit darstellen.