DE19538731A1

DE19538731A1 - Verfahren zur Regelung des Warmlaufs in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19538731A1
Application number: DE19538731A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Denz; Martin Dipl Ing Klenk; Werner Dipl Ing Dr Herden; Hubert Dr Ing Bischof; Albert Gerhard; Matthias Dr Ing Kuesell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: US5816219A; DE19538731C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung des Warmlaufs einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus "Motortechnische Zeitschrift" 50(1989)6, Seiten 247 bis 254 ist es bereits bekannt, den Betrieb von Brennkraftmaschinen so zu steuern, daß die Abgasemission konsequent herabgesetzt wird. Die Abgasemission ist besonders beim Kaltstart relativ hoch, da der Katalysator seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Bei betriebswarmen Motoren und aufgeheizten abgasführenden Teilen reicht das Wärmeangebot des Motors für einen optimalen Katalysatorbetrieb aus. Nach dem Kaltstart und in der Aufheizphase ist man bemüht, ebenfalls einen möglichst niedrigen Schadstoffausstoß zu gewährleisten. Dies bedeutet, daß die Aufheizphase möglichst kurz sein sollte. Dies geschieht beim Stand der Technik indem nach dem Start ein hohes Wärmeangebot zur Verfügung gestellt wird, um den Katalysator möglichst schnell aufzuheizen und in Betriebsbereitschaft zu versetzen. Dies kann beispielsweise über Zündungseingriffe erfolgen. So ist die Aufheizung des Katalysators durch späte Zündwinkel, damit verschleppte Verbrennungen und letztendlich hohe Abgastemperaturen eine Möglichkeit, die Betriebstemperatur des Katalysators in möglichst kurzer Zeit zu erreichen.

Ein geringer Schadstoffausstoß beim Kaltstart wird aber auch durch magere Verbrennungen in Verbindung mit Frühzündung gewährleistet. Beim Stand der Technik wird 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 Stickoxide stattfindet, wird ein neuer Zündwinkel vom Steuergerät aufgrund der Betriebsparameter festgelegt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß durch Erfassung und Auswertung des Druckes im Brennraum zum Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils dem Steuergerät die Information vorliegt, ob die Verbrennung beim Öffnen des Auslaßventils bereits beendet war oder nicht. Damit sind wiederum sehr gezielte Eingriffe in die Zündung und/oder Einspritzung möglich, um beispielsweise verschleppte Verbrennungen für ein sehr schnelles Aufheizen des Katalysators oder sehr magere Verbrennungen zu realisieren, um die Rohemissionen (HC) niedrig zu halten, wobei bei gewünschter magerer Verbrennung sicherzustellen ist, daß die Verbrennung 100%ig abgeschlossen ist, wenn das Auslaßventil öffnet.

Durch die in den Unteransprüchen ausgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahren möglich. Für die Bewertung des Druckes im Brennraum im Bereich Auslaß öffnet kann sehr gut ein Vergleich der Brennraumdrucksignale vor und nach dem Öffnen des Auslaßventils erfolgen. Hierzu kann der Druckverlauf über der Zeit t oder über dem Kurbelwellenwinkel KW erfaßt und in einem Speicher abgelegt werden, so daß dann die Brennraumdrucksignale miteinander verglichen werden, die beidseitig symmetrisch zum Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils liegen. Eine weitere Möglichkeit zum Vergleich der Drucksignale ist die Erfassung des Druckes in der Brennkammer zu einem Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt, welcher die gleiche Kolbenstellung im Zylinder aufweist wie zu dem Kurbelwellenwinkel, wenn das Auslaßventil öffnet. Die Auswertung der so erfaßten und zwischengespeicherten Brennraumdrucksignale kann durch Differenzen- oder Quotientenbildung ohne großen Rechenaufwand im Steuergerät durchgeführt werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 den Prinzipaufbau einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Diagramm über den Druckverlauf bei Magerbetrieb, Fig. 3 ein Diagramm über den Druckverlauf bei verschleppter Verbrennung und Fig. 4 schematisch den Ablauf des Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, wobei vier Brennraumdrucksensoren 1 bis 4 vorgesehen sind, die jeweils den Brennraumdruck in den einzelnen nicht dargestellten Zylindern erfaßt. Das den Brennraumdruck repräsentierende Signal up wird nun jeweils an eine Auswerteeinheit 5 weitergeleitet, welcher auch ein Kurbelwellensignal KW zugeführt wird. In der Auswerteeinheit 5 werden die Verbrennungen in den einzelnen Zylindern ausgewertet, wobei die Auswerteeinheit 5 aufgrund der Betrachtung des Brennraumdruckes zum Zeitpunkt -Auslaß öffnet- bestimmt, inwieweit die Verbrennung zum Zeitpunkt des Öffnen des Auslaßventils bereits abgeschlossen ist. Die Auswerteeinheit 5 gibt aufgrund des Ergebnisses dieser Auswertung die Stellgrößen 6 an das Steuergerät 7 aus, welches zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine Zündung und Einspritzung festlegt.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm verschiedener Druckverläufe, wobei der Druckverlauf hier über den Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist. Die Kurve 1 stellt den Druckverlauf im Zylinder ohne Verbrennung dar. Es ist zu erkennen, daß der Druck während der Bewegung des Kolbens in Richtung oberer Totpunkt OT zunimmt und danach wieder abfällt. Die weiteren drei Signalverläufe λ = 1, λ = 1,1 und λ = 1,2 stellen den Verbrennungsverlauf dar, wie er stattfindet, wenn zum Zeitpunkt ZZP gezündet wird und der Verlauf der Verbrennung lediglich über die Einspritzmenge und damit die Einspritzzeit variiert wird. Damit kann über die Auswertung des Brennraumdrucksignals eine entsprechende Stellgröße für das Einspritzventil bestimmt werden, welches sicherstellt, daß die Verbrennung zum Zeitpunkt des Öffnen des Auslaßventils, in der Figur mit A bezeichnet, abgeschlossen ist, was in Fig. 2 für λ = 1,2 nicht der Fall ist.

Fig. 3 zeigt ebenfalls den Signalverlauf des Brennraumdrucksensors während einer Verbrennung. Auch hier ist der Druck über den Kurbelwellenwinkel dargestellt und die Kurve 1 zeigt den Druckverlauf im Zylinder ohne Verbrennung. Im Gegensatz zur Fig. 2 wurde hier die Einspritzmenge konstant gehalten und der Zündzeitpunkt variabel gestaltet. Wie der Fig. 3 zu entnehmen, verschiebt sich mit der Veränderung des Zündzeitpunktes ZZP1, ZZP2, ZZP3 die Verbrennung, und zwar so, daß beim Zündzeitpunkt ZZP3 die Verbrennung beim Öffnen des Auslaßventils A noch nicht abgeschlossen ist. Damit können über die Auswertung des Brennraumdrucksignals die Nachreaktionen im Katalysator beeinflußt werden, so daß der Katalysator gezielt erwärmt wird.

Fig. 4 zeigt schematisch den Ablauf des Verfahrens. In einem ersten Arbeitsschritt 20 werden die Signale des Kurbelwellenwinkels KW, des oberen Totpunktes OT und der Brennraumdrucksensoren erfaßt, wobei die Brennraumdruckwerte wahlweise über die Zeit p(t) oder über den Winkel p (α) erfaßt und zwischengespeichert werden. In einem anschließenden Arbeitsschritt 21 erfolgt die Auswertung der erfaßten Brennraumdrucksignale. Hier sind verschiedene Möglichkeiten der Bewertung der Drucksignale denkbar, was im Arbeitsschritt 21 durch die Angabe verschiedener Berechnungsgleichungen B1, B2 und B3 dargestellt ist. Es kann also jeweils zwischen diesen Berechnungsformeln gewählt werden oder auch beispielsweise alle drei herangezogen werden, um dann einen Plausiblitätsvergleich durchzuführen. Es kann die Differenz von dem Druck nach dem Öffnen des Auslaßventils p(AÖ+Δt) oder p(AÖ+Δα) und dem Druck vor dem Öffnen des Auslaßventils p(AÖ-Δt) oder p(AÖ-Δα) gebildet oder die Integrale der Brennraumdrucksignale vor dem Öffnen des Auslaßventils und nach dem Öffnen des Auslaßventils gemäß der Berechnungsformel B3 ins Verhältnis gesetzt werden. Hierzu kann ebenfalls die Differenz dieser Integrale gebildet werden. Diese Differenzen werden im anschließenden Arbeitsschritt 22 bewertet, so daß dann die Information vorliegt, ob die Verbrennung beim Öffnen des Auslaßventils bereits abgeschlossen war. Selbstverständlich kann die Auswertung der Drucksignal auch auf andere Art beispielsweise durch Quotientenbildung, die dann anstelle der Differenzenbildung im Arbeitsschritt 21 vorgenommen wird, erfolgen. Letztendlich erfolgt im Arbeitsschritt 23 die Festlegung der Steuergrößen für die Zündung und die Einspritzung, die dann an das Steuergerät 7 ausgegeben werden.

Die Auswertung des Druckes im Brennraum zum Öffnen des Auslaßventils ermöglicht Aussagen über den Verbrennungsverlauf, so daß über einen Zündungseingriff durch eine Verschiebung des Zündzeitpunktes ZZP gezielt verschleppte Verbrennungen erzeugt werden. Ein Eingriff in die Einspritzung verändert die Verbrennungsgeschwindigkeit, so daß auch über eine Steuerung der Einspritzzeit gezielt Nachreaktionen im Auspufftrakt zu einer Erwärmung des Katalysators erzeugt werden können. Diese gewollten Nachreaktionen im Abgastrakt werden dann beispielsweise bei zunehmender Erwärmung des Katalysators schrittweise zurückgenommen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Warmlaufs in einer Brennkraftmaschine, wobei der Brennraumdruck zum Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Brennraumdruck dahingehend ausgewertet wird, ob die Verbrennung beim Öffnen des Auslaßventils bereits abgeschlossen war oder noch nicht und wobei basierend auf den Ergebnissen dieser Auswertung die Steuergrößen für Zündung und Einspritzung für die darauffolgende Verbrennung festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Brennraumdruckes beim Öffnen des Auslaßventils der Druckverlauf vor dem Öffnen und nach dem Öffnen des Auslaßventils erfaßt und zwischengespeichert wird und die Werte vor und nach dem Öffnen des Auslaßventils miteinander verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Integral des Brennraumdrucksignals über den Kurbelwellenwinkel vom oberen Totpunkt bis zum Öffnen des Auslaßventils und das Integral des Brennraumdrucksignals vom Öffnen des Auslaßventils bis zum unteren Totpunkt gebildet wird und diese Signale in der Art bewertet werden, daß für einen Vergleich das Integral mit dem Integral ins Verhältnis gesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Vergleich die Differenz der beiden Brennraumdrucksignale und/oder der Integrale gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Vergleich der Quotient der beiden Brennraumdrucksignale und/oder der Integrale gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung zum Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils (A) als noch nicht abgeschlossen gewertet wird, wenn die Differenz oder der Quotient einen vorgebbaren Wert überschreiten.