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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
nach der Gattung des unabhängigen
Anspruchs.
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Bei
einem Kaltstart einer Brennkraftmaschine liegen die Temperaturen
der Wände
des Einlasskanals und des Brennraums deutlich unterhalb der bei
Normalbetrieb vorliegenden Temperatur. Ein Teil des eingebrachten
Kraftstoffs kondensiert an den kalten Brennraumwänden und trägt zunächst nicht zur Verbrennung
bei. Unter diesen Bedingungen wird eine nicht zu vernachlässigende
Menge des eingespritzten Kraftstoffs über die Kolbenringe ins Öl abgestreift
und eine weitere Menge geht unverbrannt ins Abgassystem. Mit zunehmender
Erwärmung
der Brennkraftmaschine und des Motoröls verdampft jedoch der ins Öl verschleppte
Kraftstoffanteil und wird über
die Kurbelgehäuseentlüftung ins
Saugrohr geführt
und reichert das Luft-Kraftstoffgemisch an.
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Um
dennoch einen guten Start, Nachstart und Warmlauf zu gewährleisten,
muss deutlich mehr als die bei warmem Motor übliche Kraftstoffmenge eingespritzt
werden. Dieser Kraftstoff-Mehranteil entspricht in etwa der Kraftstoffmenge,
die unverbrannt im Abgas verloren geht oder/und über die Kolbenringe ins Öl gelangt.
Die Kraftstoffeintragsmenge hängt darüber hinaus
nicht nur von der Temperatur der Brennkraftmaschine ab, sondern
u.a. auch von der Drehzahl und dem angeforderten Drehmoment. So wird
beispielsweise durch eine forcierte Fahrweise der Kraftstoffeintrag
ins Öl
deutlich erhöht.
Ferner hängt
der Kraftstoffeintrag auch von der Kraftstoffsorte ab. So wird bei
Alkohol im Vergleich zu Benzin ein deutlich höherer Kraftstoffeintrag beobachtet,
der auch bei Starttemperatu ren deutlich über Null Grad Celsius nicht
zu vernachlässigen
ist. Prinzipiell lässt sich
die Kraftstoffeintragsmenge aus dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs
ableiten. Je schlechter der Kraftstoff bei Motorstarttemperaturen
verdampft, um so mehr Kraftstoff kondensiert bzw. bleibt flüssig und
um so mehr Kraftstoff muss eingespritzt werden.
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Um
Kraftstoffkondensation zu kompensieren, wird beispielsweise bei
Benzinmotoren in die Gemischvorsteuerung eingegriffen, es wird über Anreicherungsfaktoren
entsprechend mehr Kraftstoff vorgesteuert. Sobald die Lambdaregelung
aktiv ist, kann diese zusätzlich
die Kraftstoffmenge anpassen.
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Während in
der Kondensationsphase bei kaltem Motor wie oben beschrieben mehr
Kraftstoff eingespritzt werden muss, so kehrt sich der Effekt bei zunehmend
heißer
werdendem Öl
um. Der sich im Öl befindliche
Kraftstoff gast dann aus und wird über die Kurbelgehäuseentlüftung der
Verbrennung zugeführt.
Jetzt muss die Einspritzmenge verringert werden.
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Sofern
die Ausgasung klein ist, ist es ausreichend, wenn die Lambdaregelung
diesen ausgasenden und damit zur Einspritzmenge zusätzlich wirkenden
Kraftstoffmassenstrom kompensiert. Hierbei gilt es jedoch zu verhindern,
dass bei starken Abweichungen in der Lambdaregelung auf einen Fehler
der Diagnose geschlossen wird. Insbesondere zeigt sich, dass im
Leerlauf und bei leerlaufnahen Betriebspunkten die Ausgasung sich
deutlich stärker
bemerkbar macht als bei hohen Lasten und Drehzahlen.
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Aus
der
DE 44 23 241 A1 ist
ein lernendes Regelverfahren zur Einstellung der Zusammensetzung
des Betriebsgemisches für
eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Geschwindigkeit mit dem
zusätzliche
Eingriffe gelernt werden temperaturabhängig ist. Durch dieses Vorgehen
wird u.a. verhindert, dass der in der Warmlaufphase aus dem Motoröl ausgasende
Benzinanteil die Gemischregelung fehlerhaft beeinflusst. Wenn die Öltemperatur
lange genug über
eine Schwelle gelegen hat, wird davon ausgegangen, dass das Benzin
ausgegast ist und das Regelverfahren wird wieder mit Normalwerten betrieben.
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Weiterhin
ist bei Einspritzsystemen, die sowohl Benzin als auch Alkohol als
auch jede beliebige Mischung hieraus vertragen und die Mischung
im Tank ohne Zusatzsensor adaptieren – sogenannten „Full adaptive
Flexible-Fuel Systemen" – bekannt, dass
bei er warteter Kraftstoff-Ausgasung die Gemischadaption quasi angehalten
und der Regelhub des Lambdareglers deutlich nach unten hin erweitert wird.
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Vorteil der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine hat demgegenüber den
Vorteil, dass bei der Berechnung der Einspritzzeit auch der aus
dem Motoröl
ausgasende Kraftstoffstrom schon in der Vorsteuerung berücksichtigt wird.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Gemisch- und Regelabweichungen
der Lambdaregelung reduziert werden und hierdurch die Gemischvorsteuerung
deutlich verbessert wird. Darüber
hinaus werden der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen verringert
und das Fahrverhalten verbessert. Ferner werden durch die reduzierten
Regelabweichungen irrtümliche
Fehlererkennungen der Diagnose des Kraftstoffversorgungssystems
vermieden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafter Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, ausgehend von dem ausgasenden Kraftstoffmassenstrom
einen ins Saugrohr strömenden
Kraftstoffmassenstrom zu ermitteln und unter Berücksichtigung dieses Massenstroms
die Soll-Einspritzmenge zu korrigieren. Durch dieses Vorgehen wird
die Genauigkeit der Soll-Einspritzmenge weiter verbessert und ermöglicht so
einen zuverlässigen,
sicheren und kraftstoffsparenden Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Ferner
ist es von Vorteil, die in das Motoröl eingetragene Kraftstoffmenge
zu ermitteln, wobei verschiedene Einflussgrößen zu berücksichtigt sind. Als mögliche Einflussgrößen kommen
in Betracht, die unterschiedliche Anreicherung der Kraftstoffmenge
während
eines Starts, einem Nachstart und/oder eines Warmlaufs einer Brennkraftmaschine,
sowie die Motortemperatur bzw. eine vergleichbare Bauteiltemperatur,
die Öltemperatur,
die Temperatur im Ansaugkanal und/oder im Brennraum sowie auch die Kraftstoffsorte.
Die Berücksichtigung
wesentlicher Einflussgrößen erhöht in vorteilhafter
Weise die Zuverlässigkeit
des zu ermittelnden ins Motoröl
gelangenden Kraftstoffstroms.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden bei der Ermittlung des
aus dem Motoröl
ausgasenden Kraftstoffmassenstromes mindestens eine typische Einfluss größen berücksichtigt.
Als typische Einflussgrößen kommen
u.a. die Öltemperatur,
der zeitliche Verlauf der Öltemperatur,
die aktuelle Kraftstoffmasse im Öl
und/oder die Kraftstoffsorte in Betracht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden für die Ermittlung des ins Saugrohr gelangenden
Kraftstoffmassenstroms mindestens eine der typischen Einflussgrößen/-parameter
berücksichtig,
wie bspw. der Druck im Kurbelgehäuse, Druck
im Saugrohr, Druck stromaufwärts
der Drosselklappe, die Stellung eines Kurbelgehäuse-Entlüftungsventils,
die Temperatur des Motoröls
und/oder auch die Blow-By-Gase.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung lässt sich die im Motoröl befindliche
Kraftstoffmasse durch Berücksichtigung
der zu- und abfließenden
Kraftstoffmassenströme
ermitteln. Aus der Kenntnis der im Motoröl befindlichen Kraftstoffmasse,
kann in vorteilhafter Weise, die weiteren abfließenden bzw. ausgasenden Kraftstoffmassenströme prognostiziert
werden und beispielsweise die Gemischvorsteuerung entsprechend angepasst
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der aus dem Öl ausgasende
Kraftstoffmassenstrom in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl in eine äquivalente
Einspritzmenge umgewandelt und diese dann von einem unkorrigierten
Soll-Kraftstoffmassenstrom
subtrahiert, um dann zu einer korrigierten Soll-Einspritzmenge zu
gelangen. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die aktuell verdampfende
Kraftstoffmenge bei der Berechnung der Einspritzmenge schon in der
Vorsteuerung berücksichtigt
wird und somit der nötige
Regeleingriff der Lambdaregelung verringert wird, was dazu beiträgt, den Kraftstoffverbrauch
und die Emissionen zu reduzieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weise wird bei einer zusätzlichen
Einspritzung einer zweiten Kraftstoffsorte (z.B. Benzin als Startkraftstoff
bei Alkoholbetrieb) für
die zusätzlich
eingespritzte Kraftstoffsorte eine Kraftstoffmasse im Öl berechnet
wird.
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In
besonders vorteilhafter Weise sind die Verfahren zur Ermittlung
einer Soll-Einspritzmenge unter
Berücksichtung
eines ausgasenden Kraftstoffmassenstroms bzw. eines ins Saugrohr
gelangenden Kraftstoffmassenstroms mkp_saugr in einem Steuergerät für den Betrieb
einer Brennkraftmaschine zur Anwendung programmiert.
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Zeichnung
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei bilden
alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination
den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Patentansprüchen
oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig von
ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in
den Zeichnungen.
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Es
zeigen
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1 ein
prinzipielles Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein
Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zielt darauf ab, eine Soll-Einspritzmenge rk_ev zu bestimmen unter
Berücksichtigung
eines aus dem Motoröl
ausgasenden Kraftstoffmassenstroms mkp_ausg bzw. eines ins Saugrohr
gelangenden Kraftstoffmassenstroms mkp_saugr.
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Das
Verfahren zur Ermittlung des aus dem Öl ausgasenden bzw. ins Saugrohr
gelangenden Kraftstoffs kann grundsätzlich in drei Unterblöcke aufgeteilt
werden:
- a) Ermittlung des während eines Kaltstarts, Nachstarts
und Warmlaufs in das Motoröl
eingetragenen Kraftstoffmenge (Modul 1, 1, 2);
- b) Ermittlung der aus dem Motoröl ausgasenden Kraftstoffmenge
(s. Modul 2 1,2);
- c) Bilanz der eingetragenen und ausgasenden Kraftstoffmengen
(Modul 3, 1, 2).
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Als
Ausgangspunkt für
den ins Öl
gelangenden Kraftstoffmassenstrom mkp_i_oel dient die Kraftstoffmenge,
die „übermäßig" eingespritzt wird.
Unter „übermäßig" wird die Kraftstoff(mehr)menge
bezeichnet, die beim Kaltstart und Warmlauf zusätzlich zur der im Normalbetrieb üblichen
Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um einen einwandfreien Betrieb
der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Die übermäßige Kraftstoff(mehr)menge
trägt nicht
zur Verbrennung bei und gelangt anteilig in das Motoröl und ins Abgassystem.
Welcher Anteil ins Öl
oder ins Abgassystem gelangt, hängt
stark von der Motortemperatur oder typischen Bauteiletemperaturen
im Brennraum ab. Darüber
hinaus ist die Aufteilung auch von der Kraftstoffsore – bspw.
Benzin, Alkohol etc. und deren Mischungsverhältnisse – ab.
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Diese
Kraftstoff(mehr)menge bzw. Anreicherungs-Kraftstoffmasse mk_anreich
kann beispielsweise über
sogenannte Start, Nachstart und/oder Warmlauf-Anreicherungsfaktoren
bzw. -Applikationsfaktoren fst_w, fnst_w, fwl_w in Abhängigkeit
einer für die
Verbrennung notwendigen Luftmasse mk_verb ermittelt werden, wobei
sich der Zusammenhang wie folgt darstellt: mk_anreich
= mk_verb·(fst_w·fnst_w·fwl_w – l)
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In
erster Näherung
kann davon ausgegangen werden, dass ein Teil dieser Kraftstoff(mehr)menge
ins Motoröl
gelangt und ab Vorliegen einer bestimmten Motoröl-Temperatur toel wieder ausgast.
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Die
sich aktuell im Öl
befindliche Kraftstoffmenge lässt
sich aus der Bilanz der ins Öl
eingetragenen und aus dem Öl
ausgasenden Kraftstoffmassenströme
bspw. durch Integrieren der Differenz der beiden Massenströme bestimmen.
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Prinzipiell
verdampft mit steigender Temperatur auch mehr Kraftstoff aus dem
Motoröl.
Die verdampfende Kraftstoffmenge bzw. der ausgasende Kraftstoffmassenstrom
mkp_ausg hängt
im Wesentlichen ab von der aktuell im Öl gelösten Kraftstoffmenge mk_i_oel,
der Kraftstoffsorte KS und der aktuellen Öltemperatur toel. Zusätzlich sind
auch der zeitliche Verlauf der Öltemperatur
und der absolute Druck im Kurbelgehäuse pk von Bedeutung.
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Grundsätzlich steigt
der ausgasende Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg je mehr Kraftstoff
im Öl gelöst ist.
Maßgeblich
ist hier das Siedeverhalten des Kraftstoffs. Benzin hat einen weiten
Siedebereich und verdampft in einem Temperaturbereich von 40 °C bist etwa
120 °C.
Alkohol dagegen hat einen Siedepunkt bei einer Temperatur von etwa
70°C. Bei
einer Temperatur von 70 °C
verdampft der im Öl
gelöste
Alkohol sehr rasch, wobei die Verdampfung bei Temperaturen unterhalb
von 70 °C
fast zu vernachlässigen ist.
Weiterhin gilt, dass je schneller das Öl heiß wird um so mehr Kraftstoff
verdampft aus dem Öl,
da durch den schnellen Temperaturanstieg der Siedebereich bzw. Siedepunkt
schneller durchschritten bzw. überschritten
wird.
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Da
dass Siedeverhalten maßgeblich
auch vom Druck abhängt,
ist für
die Bestimmung eines ausgasenden Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg
insbesondere auch der absolute Druck im Kurbelgehäuse pk zu
berücksichtigen.
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Der
sich durch den ausgasenden Kraftstoff einstellende Kraftstoff-Partialdruck
ist hier nur ein Parameter der zu berücksichtigen ist. Weitere Parameter
ergeben sich aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und
der Ausführungsform
des Kurbelgehäuses.
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Typischerweise
werden Kurbelgehäuse über eine
Entlüftungsleitung
in den Saugrohrbereich entlüftet.
Der Austritt der Entlüftungsleitung
kann vorzugsweise in der Nähe
der Drosselklappe stromabwärts
und/oder stromaufwärts
angeordnet sein. Bei einer Anordnung stromabwärts der Drosselklappe liegt
an der Austrittsstelle ein Saugrohrdruck ps an, bei einem Austritt
stromaufwärts
der Drosselklappe typischerweise ein Umgebungsdruck pu und bei einem
gleichzeitigen Austritt vor und nach der Drosselklappe ein Mischdruck
aus Umgebungsdruck pu und Saugrohrdruck ps.
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Weiterhin
hängt der
Druck im Kurbelgehäuse pk
vom sogenannten Blow-By ab. Unter Blow-By wird die Gasmenge verstanden,
die beim Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere während des Verbrennungstaktes
eines Zylinders, an den Kolbenringen vorbei ins Kurbelgehäuse gelangt.
Es handelt sich beim Blow-By somit im Wesentlichen um Abgas, das
zusammen mit dem ausgasenden Kraftstoff zum Druckaufbau im Kurbelgehäuse beiträgt.
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Darüber hinaus
kann es vorgesehen sein, das Kurbelgehäuse bzw. die Entlüftungsleitung
mit einem Entlüftungsventil
zu versehen, wobei Öffnen und
Schließen
des Entlüftungsventils
typischerweise in Abhängigkeit
verschiedener Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfolgt.
Beim einem geschlossenem Ventil erhöht sich naturgemäß der Druck
im Kurbelgehäuse.
Durch diese Druckerhöhung,
insbesondere durch Blow-By-Gase,
nimmt jedoch der Anteil an aus dem Motoröl ausgasenden Kraftstoff ab,
sodass beim Öffnen
des Ventils im Wesentlichen zuerst die Blow-By-Gase mit einer geringen
Konzentration an Kraftstoff ins Saugrohr strömen. Da beim Druckausgleich über das
offene Kurbelgehäuse-Entlüftungsventil
jedoch zunächst
ein hoher Gasmassenstrom ins Saugrohr strömt, ist auch die Kraftstoffmenge
dann erhöht.
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Um
eine gute Kompensation der Kraftstoffausgasung aus dem Öl zu erreichen,
muss sowohl die Konzentration von Kraftstoffdampf im Kurbelgehäuse als
auch die Dynamik des ins Saugrohr strömenden Massenstroms modelliert
werden. Erst dann kann die Einspritz-Vorsteuermenge auch bei Einsatz eines
Entlüftungsventils
ausreichend gut korrigiert werden.
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Erst
wenn das Entlüftungsventil
weiterhin geöffnet
bleibt, stellt sich ein niedriger Druck im Kurbelgehäuse ein
und führt
dann zu einer höheren
Verdampfung von Kraftstoff aus dem Öl, womit sich folglich die
ins Saugrohr abströmende
Kraftstoffmasse auch stationär
erhöht.
Die Bedingungen, die sich hierbei einstellen entsprechen dann im
Wesentlichen denen eines Kurbelgehäuses ohne Entlüftungsventil.
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Bei
einem Kurbelgehäuse
mit einem Entlüftungsventil
ist daher für
die Ermittlung des ins Saugrohr strömende Kraftstoffstroms (mkp_saugr)
neben den bereits eingangs genannten Einfluss, insbesondere auch
die Ansteuerung des Entlüftungsventils
zu berücksichtigen.
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Weiterhin
ist für
den sich einstellenden Druck im Kurbelgehäuse pk auch die Geometrie der
Entlüftungsleitung
und des Ventils von Bedeutung, wobei im Wesentlich der minimale
Querschnitt und die Länge
der Entlüftungsleitung
von Bedeutung sind.
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Zusammenfassend
hängt der
aus dem Motoröl
in das Kurbelgehäuse
ausgasende Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg ab von der sich aktuell
im Motoröl
befindlichen Kraftstoffmenge, der aktuellen Öltemperatur – auf die
sich im Wesentlichen auch die Kraftstofftemperatur und die Temperatur
der Gase im Kurbelwellengehäuse
einstellt -, dem Gradienten der Öltemperatur,
d.h. dem zeitlichen Verlauf der Öltemperatur,
der Kraftstoffsorte KS und dem Gasdruck im Kurbelgehäuse pk.
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In 1 ist
ein prinzipieller Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
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Im
Modul 1 wird ein ins Öl
gelangender Kraftstoffmassenstrom mkp_i_oel anhand von Parameter P_ein,
die für
den Kraftstoffeintrag ins Öl
relevant sind, ermittelt. Im Modul 2 wird anhand von Parameter P_aus,
die für
die Kraftstoffausgasung relevant sind, ein aus dem Öl ausgasender
Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg ermittelt. Aus der Bilanz der in
Modul 1 und 2 ermittelten Massenströme wird die sich im Öl befindliche
Kraftstoffmasse mk_i_oel bestimmt, die wiederum in die für das Ausgasen
relevanten Einflussgrößen P_aus
einfließt.
Im Modul 5 wird dann anhand von Parameter P_einspr, die für die Einspritzung
relevant sind, und anhand des ermittelten ausgasenden Kraftstoffmassenstroms
mkp_ausg eine korrigierte Soll-Einspritzmenge rk_ev ermittelt.
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Für den Kraftstoffeintrag
ins Öl
sind insbesondere als relevante Parameter für den Kraftstoffeintrag P_ein
die Öltemperatur
toel und die Motorlast zu berücksichtigen.
Als weitere wichtige Größen kommen
in Betracht: Motortemperatur tmot, Motordrehzahl nmot, Luftmasse
ml_w – auch
alternativ zur Motordrehzahl und Motorlast -, Sollwertvorgabe für die Lambda-Regelung
LS, Kraftstoffsorte und/oder die Anreicherungsfaktoren beim Start,
Nachstart, Warmlauf fst_w, fnst_w, fwl_w. Abhängig von diesen und auch weiteren
Größen bestimmt
sich ferner welche Anteile des Kraftstoffs ins Öl gelangen und welche Teile
ins Abgas.
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Für die Kraftstoffausgasung
sind als relevante Parameter P_aus insbesondere die Öltemperatur toel
und die im Öl
befindliche Kraftstoffmasse mk_i_oel zu berücksichtigen. Ferner auch der
Druck im Kurbelgehäuse
pk und ggf. die Stellung eines vorhandenen Kurbelgehäuse-Entlüftungsventils
SKEV.
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In
erster Näherung
kann davon ausgegangen werden, dass die Kraftstoff(mehr)menge, die während der
ersten Phase eines Kaltstarts einer Brennkraftmaschine vermehrt
eingespritzt wurde sich zu einem gewissen Teil im Motoröl anreichert und
bei ausreichender Öltemperatur
wieder ausgasen wird. Die Kraftstoff(mehr)menge beim Start berechnet
sich vornehmlich aus den Anreicherungsfaktoren beim Kaltstart, Nachstart
und Warmlaufphase fst_w, fnst_w, fwl_w, der Lambda-Sollwert-Vorgabe LS
und der zugeführten
Luftmasse ml_w, die vorzugsweise dem Produkt aus Motorlast und Motordrehzahl
entspricht.
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Diese
Wirkzusammenhänge
können
beispielsweise im Vorfeld modelliert werden und in geeigneter Weise
in Kennfeldern in einem Steuergerät abgelegt werden, so dass
beim Betrieb der Brennkraftmaschine für jeden Betriebszeitpunkt der
ausgasende Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg ermittelt und bei der
Bestimmung der korrigierten Soll-Einspritzmenge
rk_ev berücksichtigt
werden kann.
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2 zeigt
ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels beim dem insbesondere
auch die Verhältnisse
im Kurbelgehäuse und
das Abgasen der sich im Kurbelgehäuse befindlichen Gase in Richtung
Saugrohr berücksichtigt
werden. Durch die Berücksichtigung
der Verhältnisse
im Kurbelgehäuse
lässt sich
ausgehend von der ausga senden Kraftstoffmassenstroms mkp_ausg ein
ins Saugrohr gelangender Kraftstoffmassenstrom mkp_saugr ermitteln
und die Einspritzmenge präziser
auf eine Soll-Einspritzmenge
rk_ev korrigieren. Die Erweiterung in 2 gegenüber 1 ist
im wesentlichen das Modul 4. Dieses Modul wird insbesondere dann
benötigt,
wenn ein Kurbelgehäuse
Entlüftungsventil
eingesetzt wird (Stellung SKEV).
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Um
den ausgasenden Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg zu bestimmen, wird
die sich aktuell im Öl
befindliche Kraftstoffmenge mk_i_oel benötigt, die aus der Bilanz der
dem Öl
zu- und abfließenden Kraftstoffmassenströmen mpk_i_oel,
mkp_ausg ermittelt wird.
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Der
dem Öl
zufließende
Kraftstoffmassenstrom mkp_i_oel berechnet sich im Modul 1 unter
Berücksichtung
der Anreicherungsfaktoren beim Start, Nachstart bzw. Warmlaufs fst_w,
fnst_w, fwl_w, des Frischluft-Massenstrom in den Brennraum m_w,
der Sollwertvorgabe für
die Lambdaregelung LS, der Motortemperatur tmot bzw. vergleichbare
Bauteiletemperaturen und der Kraftstoffsorte KS. Der berechnete
zuströmende
ins Öl
eingetragene Kraftstoffmassenstrom mkp_i_oel geht zur weiteren Berechnung ans
Modul 3.
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Der
aus dem Öl
abfließende
bzw. ausgasende Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg wird im Modul 2 berechnet
unter Berücksichtigung
der Öl-Temperatur toel,
der Kraftstoffsorte KS und dem Druck im Kurbelgehäuse pk und
der sich im Öl
befindlichen Kraftstoffmasse mk_i_oel. Der berechnete ausgasende
Kraftstoffmassenstrom mkp_ausg geht zur weiteren Berechnung ans
Modul 3 und an das Modul 4 für
die Berechnung des aktuell ins Saugrohr strömenden Kraftstoffmassenstrom
mkp_saug.
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Im
Modul 3 wird aus den im Modul 1 und 2 ermittelten zu- und abfließenden Kraftstoffmassenströmen mkp_i_oel,
mkp_ausg die im Öl
befindliche Kraftstoffmasse mk_i_oel berechnet, die wiederum als
Eingangsgröße für Modul
2 zur Berechnung des ausgasenden Kraftstoffmassenstroms mkp_ausg dient.
Zu Beginn eines ersten Startvorgangs, wird davon ausgegangen, dass
sich kein Kraftstoff im Öl
befindet.
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Im
Modul 4 wird ausgehend von dem aus dem Öl ausgasenden Massenstrom mkp_ausg
ein ins Saugrohr strömender
Kraftstoffmassenstrom mkp_saugr ermittelt. Hierzu werden vorzugsweise der
Druck im Kurbelgehäuse
pk, der Druck im Saugrohr ps, die Öltemperatur toel und bei Kurbelgehäusen mit
Entlüftungsventil
die Stellung eines Kurbelgehäu se-Entlüftungsventils
SKEV berücksichtigt.
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Im
Modul 5 wird vorzugsweise anhand der Sollwertvorgabe für die Lambdaregelung
LS, der Frischluftfüllung
im Zylinder rl_zyl eine (unkorrigierte) Soll-Einspritzmenge bestimmt.
Unter Berücksichtigung
des ermittelten ins Saugrohr strömenden
Kraftstoffmassenstroms mkp_saugr und der Motordrehzahl nmot wird
dann die durch Kraftstoffausgasung hervorgerufene Einspritzmenge
berechnet und von der unkorrigierten Soll-Einspritzmenge abgezogen. Man erhält dann
die korrigierte Soll-Einspritzmenge rk_ev, die noch um weitere Größen korrigiert
(z.B. Lambdaregelfaktor) an die Einspritzausgabe weitergegeben wird.
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In
der vereinfachten Ausführungsform (1)
kann es vorgesehen sein, bei der Ermittlung einer Soll-Einspritzmenge
rk_ev im Modul 5 nicht den ins Saugrohr strömenden Kraftstoffmassenstroms mkp_saugr,
sondern direkt den aus dem Öl
ausgasenden Kraftstoffmassenstrom mkp_aus zu berücksichtigen. Dies hat den Vorteil,
dass bereits mit geringen Aufwand Daten zur Verfügung stehen, die es erlauben
eine Einspritzmenge rk_ev geeignet anzupassen. Praktikabel ist dies
insbesondere dann, wenn kein Kurbelgehäuse Entlüftungsventil verbaut ist und der
Druck im Kurbelgehäuse
durch die Konstruktion der Entlüftungsbohrungen
weitgehend gleichmäßig auf
Umgebungsdruckniveau verweilt.
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Prinzipiell
verhält
es sich bei der Berücksichtigung
von Einflussgrößen in Modul
4 so, dass der über
das Kurbelgehäuseentlüftungsventil
strömende Kraftstoffmassenstrom
im Wesentlichen abhängt
von der Ventilstellung SKEV, den Druckverhältnissen ps und pk und der Öl-Temperatur,
die die Temperatur des Kraftstoffgases bzw. die Temperatur der Gase
im Kurbelgehäuse
repräsentiert.
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Es
gilt: mkp_saugr = MSN(Kurbelgeh.-Entl.-Ventil)·p_Kurbelgeh/1013 hPa·Wurzel(273°K / toel)·Ausflusskennlinie(ps/p_Kurbelgeh)·Konzentration
Kraftstoffdampf im freien Gasvolumen des Kurbelgehäuses.
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Die
Formel enthält
die Durchflussgleichung, wie sie beispielsweise bei der Drosselklappe
angewandt wird. MSN ist der normierte, überkritische Massenstrom bei
0°C und
1013 mbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es denkbar, mit Hilfe von Modul 4 in Abhängigkeit vom Verlauf des Drucks
im Kurbelgehäuse
pk auch das dynamische Verhalten des ins Saugrohr strömenden Kraftstoffmassenstroms
zu berücksichtigen.
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Alternativ
zur direkten Verwendung der Kaltstart-, Nachstart und Warmlauf-Applikationsfaktoren bzw.
Anreicherungsfaktoren ist es auch möglich, die bei einem Kaltstart
und während
der folgenden Warmlaufphase ins Öl
gelangende Kraftstoffmasse zu modellieren. Wesentliche Einflussfaktoren
sind hierbei:
- – eine Motortemperatur (tmot)
und/oder eine Öltemperatur
(toel)
- – die
Motordrehzahl (nmot)
- – die
Lastgröße (rl)
- – die
Bauteiltemperatur im Ansaugkanal
- – die
Temperatur im Brennraum
- – die
Kraftstoffsorte (KS)
- – die
Lambda Sollwert-Vorgabe (LS)
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Bei
Systemen mit zusätzlicher
Startkraftstoffeinspritzung – darunter
zählen
Systeme mit Alkohol als Kraftstoff oder Flexible-Fuel-Systeme – kann in vorteilhafter
Weise in Abhängigkeit
von der Motortemperatur und der Zusatzkraftstoff-Einspritzmenge ein
zusätzlicher
Kraftstoffeintrag berechnet werden.
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- MSN
- normierter, überkritischer
Massenstrom über
eine Blende/entilspalt (Hochdruckseite 1013 mbar, 273 °K = 0°C)
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- fst_w
- Anreicherungsfaktor
beim Start
- fnst_w
- Anreicherungsfaktor
beim Nachstart
- fwl_w
- Anreicherungsfaktor
beim Warmlauf
- KS
- Kraftstoffsorte
- LS
- Sollwertvorgabe
für die
Lambdaregelung
- mkp_i_oel
- in
das Öl
eingetragener Kraftstoff-Massenstrom während des Starts, Nachstarts
und des Warmlaufs
- mkp_ausg
- aus
dem Öl
ausgasender Kraftstoffmassenstrom
- mk_i_oel
- Kraftstoff-Masse
im Öl
- mkp_saugr
- aus
dem Kurbelgehäuse
ins Saugrohr strömender
-
- Kraftstoffmassenstrom
- ml_w
- Frischluftmassenstrom
in den Brennraum
- nmot
- Motordrehzahl
- pk
- Druck
im Kurbelgehäuse
- ps
- Saugrohrdruck
- rl_zyl
- Frischluftfüllung im
Zylinder
- rk_ev
- korrigierte
Soll-Einspritzmenge (reine Vorsteuerung)
- SKEV
- Stellung
Kurbelgehäuse-Entlüftungsventil
- tmot
- Motortemperatur
bzw. typ. Bauteiltemp. im Brennraum
- toel
- Öltemperatur