DE102007046481B3

DE102007046481B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007046481B3
Application number: DE102007046481A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mai; Jens Pache
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-29
Also published as: US7823569B2; US20090088953A1; KR101409912B1; KR20090033107A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1) bereitgestellt, mittels dem die Tankentlüftung und eine Grundgemischadaption zeitgleich durchgeführt werden können. Dazu wird die Brennkraftmaschine bei geöffnetem Tankentlüftungsventil an einem stationären Betriebspunkt betrieben. Es wird ein erster Kraftstoffmengenkorrekturwert ermittelt, um welchen ein Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Daraufhin wird der Regeneriergasvolumenstrom um einen vorgegebenen Änderungsbetrag (DeltamTot,CP) variiert. Es wird ein zweiter Kraftstoffmengenkorrekturwert ermittelt, um welchen der Basisvorsteuerwert korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung nach Variation des Regeneriergasvolumentstroms wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Basierend auf dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert, dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert und dem Änderungsbetrag für den Regeneriergasvolumenstrom wird ein dritter Kraftstoffmengenkorrekturwert (mFuel,Corr,bas) berechnet, um welchen der Basisvorsteuerwert korrigiert werden müsste, um die Abgaszusammensetzung bei geschlossenem Tankentlüftungsventil wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Basierend auf dem dritten Kraftstoffmengenkorrekturwert (mFuel,Corr,bas) wird eine Korrektur des Basisvorsteuerwerts durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine sowie eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Einhaltung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte verfügen moderne Kraftfahrzeuge mit Ottomotor über eine Tankentlüftungsvorrichtung, mittels der aus dem Kraftstofftank entweichende Kraftstoffdämpfe in einem Kraftstoffdämpfespeicher (in der Regel ein Aktivkohlebehälter) adsorbiert werden. Da die Speicherkapazität des Kraftstoffdämpfespeichers limitiert ist, ist es notwendig, diesen bei geeigneten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zu regenerieren. Zu diesem Zweck ist der Kraftstoffdämpfespeicher über eine Entlüftungsleitung mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden. Durch kontrolliertes Öffnen eines in der Entlüftungsleitung befindlichen Tankentlüftungsventils wird der Kraftstoffdämpfespeicher während der Tankentlüftung mit dem Saugrohr pneumatisch verbunden. Durch den im Saugrohr herrschenden Unterdruck werden die im Kraftstoffdämpfespeicher adsorbierten Kraftstoffdämpfe als Regeneriergas in das Saugrohr gesaugt, um anschließend an der Verbrennung teilzunehmen.
Aufgrund der im Regeneriergas enthaltenen Kohlenwasserstoffe kommt es bei der Tankentlüftung zu einer Veränderung der Brenngemischzusammensetzung. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Verbrennungsgüte (Laufruhe) und einer optimalen Abgasreinigung ist es jedoch notwendig, das Luft/Kraftstoffverhältnis des Brenngemisches auf einen definierten Wert einzustellen. Um dies zu erreichen, wird die der Brennkraftmaschine über Einspritzventile zugemessene Kraftstoffmenge entsprechend angepasst. Die Durchführung der Tankentlüftung ist jedoch nur in bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine möglich, nämlich dann, wenn der Unterdruck im Saugrohr ausreichend groß ist, um die im Speicherbehälter adsorbierten Kohlenwasserstoffe anzusaugen. Die Tankentlüftung wird deshalb vorzugsweise im Leerlauf oder im Teillastbetrieb durchgeführt.
Ferner verfügen moderne Brennkraftmaschinen über eine Lambda-Reglereinrichtung, d. h. einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung der zuzumessenden Kraftstoffmenge. Kernelemente der Lambda-Reglereinrichtung stellen der Lambda-Regler, die Kraftstoffzuführung und ein im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneter Lambdasensor dar, mittels dem die Zusammensetzung des Abgases gemessen und Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Brenngemisches gezogen werden können. Zur Gewährleistung einer optimalen Abgasreinigung und einer guten Brennstabilität muss die Abgaszusammensetzung bzw. die Brenngemischzusammensetzung auf einen definierten Sollwert eingestellt werden. Bei einer Abweichung der Zusammensetzung des Brenngemisches bzw. des Abgases vom Sollwert wird die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge entsprechend korrigiert und so auf den Sollwert eingeregelt. Die dabei ermittelten Korrekturwerte können auch zur Anpassung der betriebspunktabhängigen Vorsteuerung der Komponenten der Kraftstoffeinspritzung und deren Diagnose herangezogen werden. Beispielsweise können Einspritzventile je nach Betriebspunkt unterschiedliche Charakteristika aufweisen, welche bei einem Betriebspunktwechsel bereits in der Vorsteuerung zu berücksichtigen sind. Ferner kann sich das Betriebsverhalten dieser Komponenten auch über die Lebensdauer verändern. Derartige Abweichungen im Verhalten dieser Komponenten werden von der Lambda-Reglereinrichtung erkannt und in Form eines entsprechenden Korrekturwerts in der Vorsteuerung der jeweiligen Komponente berücksichtigt. Dadurch kann die Verbrennungsstabilität verbessert werden, was insbesondere im Leerlauf eine wichtige Rolle spielt. Die Anpassung der Vorsteuerung der Komponenten des Kraftstoffmengenregelkreises ist auch als Grundgemischadaption bekannt.
Bisher war es nicht möglich, den Tankentlüftungsvorgang und die Grundgemischadaption gleichzeitig durchzuführen, da eine Trennung der jeweiligen Effekte auf die Brenngemischzusammensetzung nicht möglich war. Wie oben bereits erwähnt, werden die Tankentlüftung und die Grundgemischadaption bevorzugt in Betriebsbereichen des Leerlaufs und der unteren Teillast der Brennkraftmaschine durchgeführt. Durch die Einführung neuer Konzepte zur Kraftstoffeinsparung, wie beispielsweise die automatische Stopp-Start-Automatik, werden die möglichen Zeitfenster zur Durchführung der oben genannten Vorgänge weiter reduziert.
Aus der DE 35 02 573 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Tankentlüftungsvorgangs offenbart, bei dem das Tankentlüftungsventil, ausgehend von einem geschlossenen Zustand, rampenförmig geöffnet wird, wodurch die im Aktivkohlefilter gespeicherten Kraftstoffdämpfe in den Motor abgesaugt werden. Die durch diese Änderung hervorgerufene Abweichung des Lambda-Regelfaktors vom Sollwert spiegelt sich in einem Korrekturwert wieder, der bei der Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge oder eines Kraftstoffeinspritzsignals entsprechend berücksichtigt wird. Dadurch ergibt sich eine adaptive Vorsteuerung bei der Tankentlüftung.
Aus der Patentschrift US 5 746 187 A ist bekannt, während der Durchführung des Tankentlüftungsvorgangs die Spülgasrate schrittweise in Richtung eines den Betriebsbedingungen des Motors entsprechenden Zielwert zu ändern, um so Störungen bei der Lambda-Regelung zu vermeiden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mittels denen die Tankentlüftung und die Grundgemischadaption gleichzeitig durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Steuerverfahren gemäß dem Anspruch 1 betrifft eine Brennkraftmaschine, welcher eine Tankentlüftungsvorrichtung zugeordnet ist. Dabei wird ausgehend von einem Zustand, in dem ein Tankentlüftungsventil der Tankentlüftungsvorrichtung geöffnet ist, die Brennkraftmaschine an einem stationären Betriebspunkt betrieben. Das Tankentlüftungsventil wird derart gesteuert, dass ein definierter Regeneriergasvolumenstrom von der Tankentlüftungsvorrichtung zu der Brennkraftmaschine strömt und das Regeneriergas an der Verbrennung teilnimmt. Ein erster Kraftstoffmengenkorrekturwert wird ermittelt, um welchen ein Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Anschließend wird der Regeneriergasvolumenstrom um einen vorgegebenen Änderungsbetrag variiert. Es wird ein zweiter Kraftstoffmen genkorrekturwert ermittelt, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung nach Variation des Regeneriergasvolumenstroms wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Basierend auf dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert, dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert und dem Änderungsbetrag für den Regeneriergasvolumenstrom wird ein dritter Kraftstoffmengenkorrekturwert berechnet, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden müsste, um die Abgaszusammensetzung bei geschlossenem Tankentlüftungsventil wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Anschließend wird basierend auf dem dritten Kraftstoffmengenkorrekturwert eine Korrektur des Basisvorsteuerwerts für die eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder eine Diagnose einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Komponente durchgeführt.
Dieses Verfahren erlaubt es, während der Durchführung eines Tankentlüftungsvorgangs eine Grundgemischadaption und/oder eine Diagnose einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Komponente durchzuführen. Dazu muss während des Tankentlüftungsvorgangs der Regeneriergasvolumenstrom bzw. der Öffnungsgrad des Tankentlüftungsventils nur um einen gewissen Betrag geändert werden. Kerngedanke der Erfindung ist es, an einem stationären Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Variation des Regeneriergasvolumenstroms den Anteil der Tankentlüftung an den Korrekturwerten für die Kraftstoffeinspritzung zu quantifizieren und in einem weiteren Schritt rechnerisch auf den Anteil der Korrekturwerte zu erhalten, welcher durch betriebspunktabhängige Variationen im Betriebsverhalten von Komponenten bedingt ist. Darauf aufbauend können dann eine Grundgemischadaption und/oder eine Diagnose der Komponenten durchgeführt werden. Dadurch, dass die Tankentlüftung, die Grundgemischadaption und/oder eine Diagnose einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Komponente zeitgleich durchgeführt werden können, kann die Häufigkeit dieser Vorgänge deutlich gesteigert werden.
In Ausgestaltung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 2 und 3 ergeben sich der erste und der zweite Kraftstoffmengenkorrekturwert zumindest teilweise aus einer Ausgangsgröße einer Lambda-Reglereinrichtung und/oder aus einem ermittelten Vorsteuerwert zur Kompensation der durch den Regeneriergasstrom zusätzlich zugeführten Kraftstoffmenge.
Da sowohl die Ausgangsgrößen der Lambda-Reglereinrichtung als auch der Vorsteuerwert zur Kompensation der durch den Regeneriergasstrom zusätzlich zugeführten Kraftstoffmenge standardmäßig in eine entsprechenden Steuervorrichtung ermittelt werden, können der erste und der zweite Kraftstoffmengenkorrekturwerte auf einfache Weise quantitativ ermittelt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4, betrifft die Diagnose eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung als defekt beurteilt wird, falls der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt.
Auf diese Weise kann mit geringem Aufwand die Funktionstüchtigkeit einer Komponente beurteilt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5, wird basierend aus dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert, dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert und dem Änderungsbetrag für den Regeneriergasvolumenstrom eine Kraftstoffkonzentration (CL) im Regeneriergas berechnet.
Auf diese Weise kann zusätzlich der korrekte Wert für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas ermittelt werden, welcher bedeutend für Vorsteuerung der Einspritzmenge während der Tankentlüftung ist. Je genauer der Wert für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas ist, umso geringer ist die Aktivität des Lambdareglers.
Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 6 ist ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. Bezüglich der sich dadurch ergebenden Vorteile wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Steuern einer Brennkraftmaschine in Form eines Ablaufdiagramms;
3 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels der 2.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist mindestens einen Zylinder 2 und einen in dem Zylinder 2 auf und ab beweglichen Kolben 3 auf. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über einen Ansaugtrakt 4 in einen von dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 begrenzten Brennraum 5 eingeleitet. Stromabwärts einer Ansaugöffnung 6 befinden sich in dem Ansaugtrakt 4 ein Luftmassensensor 7 zur Erfassung des Luftdurchsatzes im Ansaugtrakt 4, welcher als Maß für die Last der Brennkraftmaschine 1 angesehen werden kann, eine Drosselklappe 8 zur Steuerung des Luftdurchsatzes, ein Saugrohr 9 und ein Einlassventil 10, mittels dem der Brennraum 5 mit dem Ansaugtrakt 4 wahlweise verbunden oder getrennt wird.
Die Zündung des Brenngemisches geschieht mittels einer Zündkerze 11. Die durch die Verbrennung erzeugte Antriebsenergie wird über eine Kurbelwelle 12 an den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) übertragen. Ein Drehzahlsensor 13 erfasst die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1.
Die Verbrennungsabgase werden über einen Abgastrakt 14 der Brennkraftmaschine 1 abgeführt. Der Brennraum 5 wird mittels eines Auslassventils 15 mit dem Abgastrakt 14 wahlweise verbunden oder von diesem getrennt. Die Abgase werden in einem Abgasreinigungskatalysator 16 gereinigt. Im Abgastrakt 14 befindet sich ferner ein so genannter Lambda-Sensor 17 zur Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas. Bei dem Lambda-Sensor 17 kann es sich dabei sowohl um einen binären Lambda-Sensor als auch um einen linearen Lambda-Sensor 17 handeln.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner eine Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einem Kraftstofftank 18, einer Kraftstoffpumpe 19, einer Hochdruckpumpe 20, einem Druckspeicher 21 und zumindest einem steuerbaren Einspritzventil 22. Der Kraftstofftank 18 weist einen verschließbaren Einfüllstutzen 23 zum Einfüllen von Kraftstoff auf. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe 19 aus dem Kraftstofftank 18 in eine Kraftstoffversorgungsleitung 24 gefördert. In der Kraftstoffversorgungsleitung 24 sind die Hochdruckpumpe 20 und der Druckspeicher 21 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 20 hat die Aufgabe, dem Druckspeicher 21 den Kraftstoff mit hohem Druck zuzuführen. Der Druckspeicher 21 ist dabei als gemeinsamer Druckspeicher 21 für alle Einspritzventile 22 ausgebildet. Von ihm aus werden alle Einspritzventile 22 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der der Kraftstoff mittels eines in den Brennraum 5 ragenden Einspritzventils 22 direkt in den Brennraum 5 eingespritzt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art der Kraftstoffeinspritzung beschränkt ist, sondern auch auf andere Arten der Kraftstoffeinspritzung, wie beispielsweise Saugrohreinspritzung, anwendbar ist.
Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner eine Tankentlüftungsvorrichtung auf. Zu der Tankentlüftungsvorrichtung gehört ein Kraftstoffdämpfespeicher 25, welcher beispielsweise als Ak tivkohlebehälter ausgebildet ist und über eine Verbindungsleitung 26 mit dem Kraftstofftank 18 verbunden ist. Die in dem Kraftstofftank 18 entstehenden Kraftstoffdämpfe werden in den Kraftstoffdämpfespeicher 25 geleitet und dort von der Aktivkohle adsorbiert. Der Kraftstoffdämpfespeicher 25 ist über eine Entlüftungsleitung 27 mit dem Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. In der Entlüftungsleitung 27 befindet sich ein steuerbares Tankentlüftungsventil 28. Ferner kann dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 über eine Belüftungsleitung 29 und ein optional darin angeordnetes steuerbares Belüftungsventil 30 Frischluft zugeführt werden. In bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1, insbesondere im Leerlauf oder bei Teillast, herrscht aufgrund des starken Drosseleffekts durch die Drosselklappe 8 ein großes Druckgefälle zwischen der Umgebung und dem Saugrohr 9. Durch Öffnen des Tankentlüftungsventils und des Belüftungsventils 30 während eines Tankentlüftungszeitraums kommt es daher zu einem Spüleffekt, bei dem die in dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 gespeicherten Kraftstoffdämpfe als Regeneriergasstrom in das Saugrohr 9 geleitet werden und an der Verbrennung teilnehmen. Die Kraftstoffdämpfe verursachen somit eine Veränderung der Zusammensetzung der Brenngase und der Abgase.
Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 31 zugeordnet, in welcher kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) softwaremäßig implementiert sind. Die Steuervorrichtung 31 ist mit sämtlichen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 1 über Signal- und Datenleitungen verbunden. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 31 mit dem steuerbaren Belüftungsventil 30, dem steuerbaren Tankentlüftungsventil 28, dem Luftmassensensor 7, der steuerbaren Drosselklappe 8, dem steuerbaren Einspritzventil 22, der Zündkerze 11, dem Lambda-Sensor 17, dem Drehzahlsensor 13 und einem integrierten Druck-/Temperatursensor 32 zur Messung des Umgebungsdrucks und der Umgebungstemperatur verbunden.
Teile der Brennkraftmaschine 1 und der Steuervorrichtung 31 bilden eine Lambda-Reglereinrichtung. Die Lambda- Reglereinrichtung umfasst insbesondere den Lambda-Sensor 17, einen in der Steuervorrichtung 31 softwaremäßig implementierten Lambda-Regler 33, sowie die Einspritzventile 22 und deren Steuermechanismus und Steuerelektronik, mit denen die über die Einspritzventile 22 zugemessene Kraftstoffmenge eingestellt wird. Bei dem Lambda-Regler 33 handelt es sich beispielsweise um einen PI-Regler. Die Lambda-Reglereinrichtung bildet einen geschlossenen Lambda-Regelkreis und ist derart ausgestaltet, dass eine von dem Lambda-Sensor 17 erfasste Abweichung der Abgaszusammensetzung von einem vorgegebenen Lambda-Sollwert mittels einer Kraftstoffmengenkorrektur korrigiert wird.
Die Bemessung der zuzuführenden Kraftstoffmenge erfolgt im Wesentlichen durch zwei Aspekte. Zum einen wird durch die Steuervorrichtung 31 ein betriebspunktabhängiger Basisvorsteuerwert für die zuzuführende Kraftstoffmenge ermittelt. Der betriebspunktabhängige Basisvorsteuerwert wird beispielsweise mittels eines Kennfeldes in Abhängigkeit von der Drehzahl und einem Lastparameter (zugeführte Frischluftmenge oder Saugrohrdruck) ermittelt. Die Bedatung des Kennfeldes kann beispielsweise an einem Motorprüfstand erfolgen.
Zum anderen erfordern veränderte Betriebsbedingungen oder Umgebungsbedingungen eine entsprechende Anpassung der zuzuführenden Kraftstoffmenge. Dabei wird der betriebspunktabhängige Basisvorsteuerwert durch entsprechende Kraftstoffmengenkorrekturwerte korrigiert. Typische Situationen, welche eine derartige Anpassung erfordern, sind die Tankentlüftung, bei der der Brennkraftmaschine zusätzlicher Kraftstoff zugeführt wird, oder alterbedingte und betriebspunktabhängige Veränderungen in der Betriebscharakteristik von Komponenten der Kraftstoffzuführung (beispielsweise der Einspritzventile 22).
Bei Durchführung einer Tankentlüftung wird der Brennkraftmaschine 1 zusätzlicher Kraftstoff zugeführt. Bei Kenntnis der Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas und dem Durchfluss am Tankentlüftungsventil 28 kann durch die Steuereinrichtung 33 ein entsprechender Kraftstoffmengenkorrekturwert ermittelt werden, um den Einfluss der Tankentlüftung auf die Brenngemischzusammensetzung von vornherein abzuschwächen. Dabei wird der Basisvorsteuerwert durch den Kraftstoffmengenkorrekturwert in Form einer Vorsteuerung korrigiert. Der Einfluss der Tankentlüftung auf die Brenngemischzusammensetzung wird durch den Kraftstoffmengenkorrekturwert nicht immer komplett kompensiert.
Auch bei alterbedingten und betriebspunktabhängigen Veränderungen in der Betriebscharakteristik der Komponenten der Kraftstoffeinspritzung kommt es zu einer Abweichung der zugemessenen Kraftstoffmenge und damit zu einer ungewollten Änderung der Brenngemischzusammensetzung.
Änderungen der Brenngemischzusammensetzung werden von dem Lambda-Sensor 17 erfasst. Der gemessene Lambda-Wert weicht in dem Fall von einem aktuellen Sollwert ab. Es kommt also zu einer Regelabweichung, welche durch den Lambda-Regler 33 registriert und durch eine entsprechende Veränderung der Regler-Ausgangsgröße ausgeregelt wird. Dies geschieht durch Vorgabe einer entsprechenden Stellgröße an die Einspritzventile 22, wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge unter Vorgabe eines Kraftstoffmengenkorrekturwerts entsprechend derart korrigiert wird, bis die Störung ausgeregelt ist.
Die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge an einem Betriebspunkt ergibt sich demnach durch den Basisvorsteuerwert und die Kraftstoffmengenkorrekturwerte, welche sowohl von der Steuervorrichtung ermittelte Vorsteuerwerte oder Regler-Ausgangswerte des Lambdareglers 33 sein können.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. 3 dient der Veranschaulichung des Verfahrens. Dabei ist der Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr über dem gesamten Regeneriergasstrom Δṁ_Tot,CP darge stellt. Der Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr stellt dabei die Summe der Kraftstoffmengenkorrekturwerte (wie oben beschrieben), um welche der Basisvorsteuerwert für die zuzuführende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung auf den Sollwert einzuregeln.
Das Verfahren wird mit Schritt 200, beispielsweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine 1 gestartet.
In Schritt 201 wird an einem beliebigen Betriebspunkt in einem geeigneten Betriebsbereich, beispielsweise im Leerlauf oder im unteren Teillastbereich, ein Tankentlüftungsvorgang durch Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 gestartet. Dabei strömt Regeneriergas von der Tankentlüftungsvorrichtung in die Brennkraftmaschine 1 und nimmt an der Verbrennung teil. Das Tankentlüftungsventil 28 bleibt während der folgenden Schritte geöffnet. Um den Einfluss der Tankentlüftung auf die Brenngemischzusammensetzung zu verringern, wird beim Öffnen des Tankentlüftungsventils der Basisvorsteuerwert für die zuzuführende Kraftstoffmenge um einen Kraftstoffmengenkorrekturwert korrigiert. Dieser Kraftstoffmengenkorrekturwert kann basierend auf der Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas und dem Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil 28 ermittelt werden. Der Wert der Kraftstoffkonzentration kann jedoch Ungenauigkeiten aufweisen, sodass die Kompensation unvollständig ist. Dies wird jedoch durch den Lambdaregler 3 ausgeglichen.
In Schritt 202 wird geprüft, ob ein stationärer Betriebpunkt der Brennkraftmaschine vorliegt. Ein stationärer Betriebspunkt wird beispielsweise dann erkannt, wenn sich die Drehzahl und die Frischluftmenge über einen vorgegebenen Zeitraum innerhalb eines Toleranzbandes befinden. Die Abfrage wird so lange wiederholt bis sich ein positives Ergebnis ergibt. Der stationäre Betriebspunkt muss dabei nicht identisch mit dem Betriebspunkt sein, an dem das Tankentlüftungsventil 28 geöffnet wurde.
Bei einem positiven Ergebnis der Abfrage in Schritt 202 wird in Schritt 203 das Tankentlüftungsventil 28 derart gesteuert, dass sich ein definierter, konstanter Regeneriergasvolumenstrom ṁ_Tot,CP,A (siehe 3) einstellt.
In Schritt 204 wird die die Abgaszusammensetzung durch den Lambda-Regler 33 auf den Sollwert eingeregelt. Dies kann durch Ausgabe eines Reglerausgangswerts in Form eines Kraftstoffmengenkorrekturwerts erfolgen, um welchen der Basisvorsteuerwert korrigiert wird.
In Schritt 205 wird ein erster Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,A ermittelt. Dieser erste Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,A besteht aus der Summe aller Kraftstoffmengenkorrekturwerte, um welche der Basisvorsteuerwert für die Kraftstoffeinspritzung korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung bei Regeneriergasvolumenstrom ṁ_Tot,CP,A auf den Sollwert einzuregeln. Im Falle des Ausführungsbeispiels stellt der erste Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,A die Summe aus dem Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,CP (siehe 3), welcher sich rechnerisch aus dem Regeneriergasvolumenstrom und der Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas ergibt, und dem Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,λ (siehe 3), welcher als Reglerausgangswert von dem Lambda-Regler 33 stammt.
In Schritt 206 wird der Regeneriergasvolumenstrom ṁ_Tot,CP vom Wert ṁ_Tot,CP,A um die Differenz Δṁ_Tot,CP auf den Wert ṁ_Tot,CP,B verringert (siehe 3). Durch diese Variation des Regeneriergasvolumenstroms ṁ_Tot,CP verändert sich auch der Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,CP der Steuervorrichtung.
In Schritt 207 wird die Abgaszusammensetzung durch den Lambda-Regler 33 wieder auf den Sollwert eingeregelt.
In Schritt 208 wird ein zweiter Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,B ermittelt. Analog dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,A stellt auch der zweite Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,B die Summe aller Kraftstoffmengenkorrekturwerte dar, um welche der Basisvorsteuerwert für die Kraftstoffeinspritzung korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung bei Regeneriergasvolumenstrom ṁ_Tot,CP,B auf den Sollwert einzuregeln.
Die Werte des ersten Kraftstoffmengenkorrekturwerts ṁ_Fuel,Corr,A und des zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwerts ṁ_Fuel,Corr,B legen im Diagramm der 3 die Gerade CL fest, deren Steigung die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas repräsentiert. Darauf wird weiter unten noch eingegangen.
In Schritt 209 wird basierend auf dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,A, dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_Fuel,Corr,B und dem Änderungsbetrag Δṁ_Tot,CP für den Regeneriergasvolumenstrom ein dritter Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} berechnet. Der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} stellt den Wert dar, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden müsste, um die Abgaszusammensetzung bei geschlossenem Tankentlüftungsventil wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Damit enthält der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} nur die Korrekturen, die notwendig sind, um betriebspunktabhängige Änderungen in der Gemischzusammensetzung, beispielsweise verursacht durch Abweichungen in der Charakteristika von Komponenten der Kraftstoffeinspritzung, zu korrigieren. Der Einfluss der Tankentlüftung auf die Gemischzusammensetzung wird dadurch rechnerisch eliminiert. In 3 ergibt sich der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} durch den Schnittpunkt der Linie CL und der Ordinate, d. h. bei einem Regeneriergasvolumenstrom ṁ_Tot,CP von Null. Die Berechnung kann dabei folgendermaßen erfolgen:
Die allgemeine Gleichung der Gerade CL ergibt sich zu:
Daraus kann der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} berechnet werden:
Dabei sind alle Werte zur Berechnung des dritten Kraftstoffmengenkorrekturwerts ṁ_{Fuel,Corr,bas} bekannt bzw. von der Steuervorrichtung ermittelbar.
Daraus ergibt sich:
Da der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} nur die Korrekturen enthält, die notwendig sind, um betriebspunktabhängige Änderungen in der Gemischzusammensetzung, beispielsweise verursacht durch Abweichungen in der Charakteristika von Komponenten der Kraftstoffeinspritzung, zu korrigieren, wird dieser in Schritt 210 dazu verwendet werden, den Basisvorsteuerwert für diesen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu korrigieren, sodass diese Grundgemischabweichung bei nächsten Anfahren bereits im Basisvorsteuerwert für die zuzuführende Kraftstoffmenge enthalten ist. Dadurch kann die Aktivität des Lambdareglers 33 deutlich entlastet werden. Dieser Vorgang wird auch als Grundgemischadaption bezeichnet.
Der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} kann auch zur Diagnose der Kraftstoffzuführeinrichtung (enthält alle Komponenten, die für die Kraftstoffzumessung notwendig sind) verwendet werden. Dies wird in Schritt 211 durchgeführt, in dem geprüft wird, ob der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert ṁ_{Fuel,Corr,bas} innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt.
Ist dies nicht der Fall, so wird die Kraftstoffzuführeinrichtung in Schritt 212 als defekt bewertet und ein entsprechender Eintrag in einen Fehlerspeicher vorgenommen. Andernfalls kann das Verfahren mit Schritt 213 beendet oder alternativ von neuem begonnnen werden.
Wie weiter oben schon erwähnt wurde, stellt der Wert der Steigung der Geraden CL die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas dar. Somit kann diese einfach durch folgende Gleichung berechnet werden:
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Tankentlüftung, die Grundgemischadaption und/oder eine Diagnose einer Komponente zeitgleich durchgeführt werden können. Im Unterschied zu bekannten Verfahren ist es nicht mehr notwendig, diese getrennt durchzuführen. Gerade im Hinblick auf aktuelle Technologien, wie beispielsweise die Stopp-Start-Automatik, durch welche die für die Grundgemischadaption, die Komponentendiagnose und die Tankentlüftung geeigneten Zeiträume immer weiter beschränkt werden, ist es durch das beschriebene Verfahren möglich, diese Maßnahmen mit der nötigen Häufigkeit durchzuführen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1), welcher eine Tankentlüftungsvorrichtung zugeordnet ist, wobei ausgehend von einem Zustand, in dem ein Tankentlüftungsventil (28) der Tankentlüftungsvorrichtung geöffnet ist – die Brennkraftmaschine (1) an einem stationären Betriebspunkt betrieben wird, – das Tankentlüftungsventil (28) derart gesteuert wird, dass ein definierter Regeneriergasvolumenstrom (ṁ_Tot,CP,A) von der Tankentlüftungsvorrichtung zu der Brennkraftmaschine (1) strömt und das Regeneriergas an der Verbrennung teilnimmt, – ein erster Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A) ermittelt wird, um welchen ein Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln, – der Regeneriergasvolumenstrom um einen vorgegebenen Änderungsbetrag (Δṁ_Tot,CP) variiert wird, – ein zweiter Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,B) ermittelt wird, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung nach Variation des Regeneriergasvolumenstrom wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln, – basierend auf dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A), dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,B) und dem Änderungsbetrag (Δṁ_Tot,CP) für den Regeneriergasvolumenstrom ein dritter Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_{Fuel,Corr,bas}) berechnet wird, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden müsste, um die Abgaszusammensetzung bei geschlossenem Tankentlüftungsventil wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln, und – basierend auf dem dritten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_{Fuel,Corr,bas}) eine Korrektur des Basisvorsteuerwerts für die eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder eine Diagnose einer der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Komponente durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A, ṁ_Fuel,Corr,B) zumindest teilweise aus einer Ausgangsgröße einer Lambda-Reglereinrichtung ergeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei sich der erste und der zweite Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A, ṁ_Fuel,Corr,B) zumindest teilweise aus einem ermittelten Vorsteuerwert zur Kompensation der durch den Regeneriergasstrom zusätzlich zugeführten Kraftstoffmenge ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Diagnose eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine (1) betrifft und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung als defekt beurteilt wird, falls der dritte Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_{Fuel,Corr,bas}) außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei basierend auf dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A), dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,B) und dem Änderungsbetrag (Δṁ_Tot,CP) für den Regeneriergasvolumenstrom eine Kraftstoffkonzentration (CL) im Regeneriergas berechnet wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), welcher eine Tankentlüftungsvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung derart ausgebildet ist, dass ausgehend von einem Zustand, in dem ein Tankentlüftungsventil der Tankentlüftungsvorrichtung geöffnet ist – die Brennkraftmaschine (1) an einem stationären Betriebspunkt betrieben wird, – das Tankentlüftungsventil (28) derart gesteuert wird, dass ein definierter Regeneriergasvolumenstrom (ṁ_Tot,CP,A) von der Tankentlüftungsvorrichtung zu der Brennkraftmaschine (1) strömt und das Regeneriergas an der Verbrennung teilnimmt, – ein erster Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A) ermittelt wird, um welchen ein Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln, – der Regeneriergasvolumenstrom um einen vorgegebenen Änderungsbetrag (Δṁ_Tot,CP) variiert wird, – ein zweiter Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,B) ermittelt wird, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden muss, um die Abgaszusammensetzung nach Variation des Regeneriergasvolumenstrom wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln, – basierend auf dem ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,A), dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_Fuel,Corr,B) und dem Änderungsbetrag (Δṁ_Tot,CP) für den Regeneriergasvolumenstrom ein dritter Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_{Fuel,Corr,bas}) berechnet wird, um welchen der Basisvorsteuerwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert werden müsste, um die Abgaszusammensetzung bei geschlossenem Tankentlüftungsventil wieder auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln, und – basierend auf dem dritten Kraftstoffmengenkorrekturwert (ṁ_{Fuel,Corr,bas}) eine Korrektur des Basisvorsteuerwerts für die eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder eine Diagnose einer der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Komponente durchgeführt wird.