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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechsel des Betriebsmodus eines
Verbrennungsmotors von einem Betriebsmodus mit Fremdzündung des
Motors in einen Betriebsmodus mit Selbstzündung des Motors.
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Moderne
Verbrennungsmotoren sind in der Lage, in unterschiedlichen Verbrennungsmodi
betrieben zu werden. Als Beispiel seien der Wechsel zwischen stöchiometrischem
fremd gezündeten
Homogenbetrieb und magerem Schichtladebetrieb oder dem kontrollierten
Selbstzündungsverfahren
(Controlled Auto Ignition-Verfahren bzw. CAI-Verfahren) genannt.
Letzteres zeichnet sich dadurch aus, dass mageres homogenes Luft-Kraftstoff-gemisch
kontrolliert zur Selbstzündung
gebracht wird, ohne dass dabei nennenswerte NOx-Emissionen emittiert
werden. Die Entzündung
wird initiiert durch heißes
im Zylinder zurückgehaltenes
Abgas und der Zunahme von Druck und Temperatur während der Kompressionsphase.
Es ist naheliegend, dass die Kraftstoffqualität für das jeweilige Brennverfahren
eine wichtige Rolle spielt. Dies betrifft generell die Lage und
Größe des Betriebsbereichs
eines Brennverfahrens, im Besonderen die Verbrennungsregelung und
damit den Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten des Motors.
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Aus
dem Stand der Technik, wie er in der
US 7 073 466 B2 offenbart ist, ist ein Verfahren
zum Regeln eines Verbrennungsprozesses einer HCCI-Brennkraftmaschine
bekannt. Die Brennkraftmaschine kann dabei zumindest in bestimmten
Betriebszuständen
mit einer kontrollierten Selbstzündung
(HCCI-Modus) betrieben werden. Bei der kontrollierten Selbstzündung wird
ein realer Verbrennungsprozess und ein modulierter Verbrennungsprozess
ständig
miteinander verglichen, wobei die Differenz zwischen Ausgangsgrößen des
realen Verbrennungsprozesses zu dem modulierten Verbrennungsprozess
zurückgeführt und
diesem nachgezogen werden.
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Aus
EP 1 365 134 A2 ist
ein Steuerverfahren für
eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Verbrennungsmodus
in einen Schichtlade-Modus geschaltet wird, wenn der Saugrohrdruck kleiner
ist als der Umgebungsdruck, und der Verbrennungsmodus in einen Selbstzündungs-Modus
geschaltet wird, wenn der Saugrohrdruck größer ist als der Umgebungsdruck.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen zum Wechsel
zwischen einem Betriebsmodus in dem bei dem Motor eine Fremdzündung durchgeführt wird
und einem Betriebsmodus in dem bei dem Motor eine kontrollierte
Selbstzündung durchgeführt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst, indem
ein Verfahren zum Wechsel des Betriebsmodus bei einem Verbrennungsmotor
bereitgestellt wird, in dem zwischen einem Betriebsmodus mit Fremdzündung des
Motors und einem Betriebsmodus mit Selbstzündung des Motors umgeschaltet werden
kann. Dabei wird ein erstes Kennfeld bereitgestellt, in welchem
wenigstens ein Bereich angegeben ist, in dem eine geeignete Selbstzündung des Motors
durchführbar
ist. Nach dem Motorstart wird daher bestimmt, ob der Motor einen
Betriebspunkt erreicht hat, der in diesem Bereich des ersten Kennfeldes
liegt, um den Motor dann in den Betriebsmodus zu schalten, in dem
zuverlässig
eine Selbstzündung durchgeführt werden
kann. Dies hat den Vorteil, dass der Motor zu einem frühen Zeitpunkt
in den Betriebsmodus mit Selbstzündung
umgeschaltet werden kann, da hierzu ein Kennfeld verwendet wird,
das wenigstens einen Bereich aufweist, in dem zuverlässig eine
kontrollierte Selbstzündung
des Motors durchgeführt
werden kann. Wird stattdessen erst dann umgeschaltet, wenn beispielsweise
eine Klopfregelung zuverlässige
Informationen über
die Kraftstoffqualität des
Fahrzeugs liefert, wie dies im Stand der Technik normalerweise gemacht
wird, so kann dies bei einem entsprechenden Fahrverhalten unter
Umständen sehr
lange dauern, weil der Motor in keinem klopfrelevanten Betriebsbereich
betrieben wird. Dadurch geht unter Umständen wertvolles Potential durch
den nicht aktivierten Alternativbetrieb verloren. Im Gegensatz dazu
benötigt
das erfindungsgemäße Verfahren
nicht die Informationen aus der Klopfregelung für ein erstes Umschalten in
den Betriebsmodus mit Selbstzündung
nach dem Start des Motors.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist in dem ersten Kennfeld der Bereich für den Betriebsmodus mit
Selbstzündung
so gewählt,
dass ein Betriebspunkt des Motors in diesem Bereich eine ausreichende
Umschaltsicherheit gewährleistet
und ein stabiler Motorbetrieb für
einen vorbestimmten Kraftstoffqualitätsbereich bereitgestellt wird.
Der Kraftstoffqualitätsbereich
kann hierbei so gewählt
werden, dass dabei die gängigen
verwendeten Kraftstoffe abgedeckt sind. Dies hat den Vorteil, dass
dadurch eine zuverlässige
Selbstzündung
des Motors auch bei schlechteren Kraftstoffqualitäten gewährleistet
ist. Vorzugsweise wird die Umschaltung in den Betriebsmodus mit
Selbstzündung
dabei so gelegt, dass der Fahrkomfort für einen Fahrer nicht beeinträchtigt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
erfolgt zunächst
eine Voranpassung von Betriebsparametern, wenn der Betriebspunkt
in einen Bereich fällt,
in dem eine Selbstzündung
des Motors möglich
ist. Bei der Voranpassung können
verschiedene Ausgangsgrößen berücksichtigt
werden, um auf deren Basis die Betriebsparameter geeignet anzupassen.
Dies hat den Vorteil, dass nach dem Umschalten in den Betriebsmodus
mit einer Selbstzündung
des Motors bereits vorab soweit optimiert Betriebsparameter vorliegen,
wie es bis dahin bekannte Ausgangsgrößen zulassen. Solche Ausgangsgrößen sind
beispielsweise die Klopffestigkeit und Flüchtigkeit, sowie die Qualität des Kraftstoffs
usw.. Dabei kann unter zur Hilfenahme beispielsweise eines Kennfeldes
für einen
Referenzkraftstoff auf den vorhandenen Kraftstoff zurückgeschlossen
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
nach dem Umschalten in den Betriebsmodus mit Selbstzündung des
Motors eine Druckverlaufsanalyse und eine Feinanpassung der Betriebsparameter
durchgeführt
werden. Dies hat den Vorteil, dass durch die Druckverlaufsanalyse
beispielsweise gezieltere Rückschlüsse auf
Ausgangsgrößen, wie
beispielsweise die Kraftstoffqualität, den Druckgradienten usw.
möglich
sind und dem entsprechend die Betriebsparameter genauer angepasst
werden können.
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Die
Erfindung wird anhand einer Ausführungsform
in den beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Darin zeigt:
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1 ein
Ablaufdiagramm einer Motorsteuerung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, und
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2 eine
Druckverlaufsanalyse am Beispiel eines CAI-Prozesses.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im Folgenden am Beispiel des (sensiblen) CAI-Verbrennungsprozesses
aufgezeigt, wobei das Verfahren aber ebenso auf andere Verbrennungsmodi
angewendet werden kann. Der CAI-Prozess wird manchmal auch als HCCI-Modus
(Homogenous Charge Compression Ignition), als ATAC (Active Thermo
Atmosphere Combustion) oder als TS (Toyota Soken) bezeichnet.
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Moderne
Motorsteuerungen beinhalten Funktionen wie die Klopfregelung und
die Kraftstoffqualitätserkennung
(Motorhochlaufbewertung, Verdampfungstemperaturbestimmung). Die
vorliegende Erfindung bezieht diesen Stand der Technik mit ein und
liefert signifikante Neuerungen in Bezug auf die Beherrschung des
Verbrennungsprozesses. Dabei stehen erstmalig die Umschaltungen
zwischen homogenen SI-(spark ignited) und einem alternativen Brennverfahren
nach einem Betankungsvorgang, im Hinblick beispielsweise auf Komfort
und Emissionsneutralität,
im Mittelpunkt, die durch die Entwicklung gemäß dem Stand der Technik nicht
ausreichend gestaltet werden können.
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In 1 ist
ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Regelung des Wechsels des Betriebsmodus bei einer Brennkraftmaschine
dargestellt. Die Brennkraftmaschine kann dabei jede Art von einem
geeigneten Verbrennungsmotor sein. Das erfindungsgemäße Verfahren
setzt zunächst
bei einer Betankung des Fahrzeugs ein. Dabei kann der Tank vor dem
Betanken im Wesentlichen leer sein oder auch eine Restmenge an Kraftstoff
aufweisen, zu welchem neuer Kraftstoff hinzugefüllt wird. Dabei wird die Qualität des Kraftstoffs
im Tank bestimmt bzw. ein Bereich der Kraftstoffqualität abgeschätzt.
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Da
die Kraftstoffzusammensetzung unter anderem von der Rohölqualität und dem
jeweiligen Raffinerieprozess abhängt,
gibt es nur eine begrenzt exakte chemische Definition von Ottokraftstoff,
die durch DIN-Vorschriften eingegrenzt wird. Zu dem werden Tankstellen
in Regionen mit größeren saisonalen
Temperaturschwankungen über
das Jahr hin mit unterschiedlichen Kraftstoffsorten beliefert, nämlich leichtem
flüchtigem
Winterkraftstoff und weniger flüchtigem
Sommerkraftstoff. Es werden bestimmte Kenngrößen dazu verwendet, die Kraftstoffqualität zu spezifizieren.
Hierzu gehören
beispielsweise die Research Oktan Zahl ROZ, die Motor Oktav Zahl
MOZ, die Cetanzahl und der Dampfdruck RVP (Reid Vapour Pressure).
Die Research Oktanzahl ROZ beschreibt die unkontrollierte Zündwilligkeit
des Kraftstoffs im Hinblick auf die Klopffestigkeit. Die Cetanzahl,
die üblicherweise
zur Beschreibung von Dieselkraftstoffen verwendet wird oder einer
daran angelehnte Größe, kann
auch bei Ottokraftstoff zur Beschreibung für das mögliche Verhalten bei der Initiierung
einer Selbstzündung
im Hinblick auf das Zündverhalten
herangezogen werden. Um vergleichbare Verhältnisse zu schaffen wird, während der
Entwicklungsphase eines Motors bzw. einer Motorsteuerung, zur Kennfeldbedatung
Referenzkraftstoff verwendet, dessen Kraftstoffqualität bzw. -zusammensetzung bekannt
ist. In der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise eine Bedatung,
vorzugsweise eine Komplettbedatung, des Betriebsbereichs mehrerer
oder eines jeden Verbrennungsbetriebsmodus für wenigstens einen oder mehrere
Referenzkraftstoffe bereitgestellt. Im praktischen Fahrbetrieb ist
jedoch davon auszugehen, dass neben dem Referenzkraftstoff auch
andere insbesondere schlechtere Kraftstoffqualitäten getankt werden. So ist
in Europa mit einer Research Oktanzahl (ROZ)-Bandbreite von etwa
90 bis 100 zu rechnen. Dieser Unterschied wirkt sich gerade im CAI-Betrieb signifikant
auf den Entflammungszeitpunkt aus.
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An
einem Beispiel soll nun der Fall näher erläutert werden, indem sich eine
Restmenge an Kraftstoff in dem Tank befindet. Der Tankinhalt des
Tanks umfasst dabei beispielsweise 80 L, wobei sich eine Restmenge
an Kraftstoff in dem Tank von 40 L befindet, von dem man weiß, dass
dieser Kraftstoff beispielsweise eine Research Oktanzahl ROZ 95
aufweist. Zu dieser Restmenge an Kraftstoff wird nun beispielsweise
40 L neuer Kraftstoff hinzugefüllt,
wobei die genaue Qualität
dieses Kraftstoffs nicht bekannt ist. Um die Qualität des gesamten
Kraftstoffs im Tank in Schritt Si zumindest in einer ersten Näherung zu
bestimmen, wird zunächst
der Bereich abgeschätzt,
in welchem die Qualität
des neu hinzugefüllten
Kraftstoffs üblicherweise
liegt. Die Qualität
dieses Kraftstoffs liegt bei den normalerweise in Europa verwendeten
Kraftstoffen, wie oben genannt, beispielsweise in einem Bereich
von 90 bis 100 Oktan. Grundsätzlich
ist die Erfindung aber nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern
der Bereich sollte beispielsweise derart gewählt sein, dass er zumindest den
Bereich üblich
verwendeter Kraftstoffe im Wesentlichen abdeckt.
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Für den Oktangehalt
ergibt sich nach dem Tanken für
die gesamte Menge an Kraftstoff im Tank, eine Kraftstoffqualität bzw. ein
Oktangehalt der in einem Bereich von 92,5 bis 97,5 Oktan liegt.
Dabei wird anteilsmäßig der
Restkraftstoff und der neu hinzugefügte Kraftstoff berücksichtigt.
Auf diese Weise kann die bekannte Güte des vor dem Betankungsvorgang noch
im Tank befindlichen Kraftstoffs mit einfließen und per anteiligem Mischungsverhältnis berücksichtigt
werden, so dass die Qualität
des im Tank enthaltenen Kraftstoffs genauer abgeschätzt werden
kann. Wäre
der Tank im zuvor beschriebenen Fall vor dem Tanken im Wesentlichen
leer gewesen, so würde
die Qualität
des getankten Kraftstoffs im Tank unverändert in dem angenommenen Bereich
von 90 bis 100 Oktan liegen. Auf diese Weise wird also in Schritt
S1 nach dem Betanken zunächst
der Bereich eingegrenzt, in dem die Qualität des Kraftstoffs liegt, der sich
im Tank des Fahrzeugs befindet.
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Eine
Möglichkeit
ist es nun den Wechsel in den Alternativbetriebsmodus, d. h. den
CAI-Betriebsmodus mit kontrollierter Selbstzündung, zunächst gänzlich zu sperren und den Motor
ausschließlich
im homogenen SI-Betriebmodus (Fremdzündung des Motors) zu fahren.
Der Betriebsmoduswechsel kann dabei erst freigegeben werden, wenn
beispielsweise die Klopfregelung eine verlässliche Information bezüglich der
Kraftstoffqualität
zur Verfügung
gestellt hat. Dies kann, wie zuvor beschrieben, bei einem entsprechenden
Fahrverhalten unter Umständen
sehr lange dauern kann. Eine Möglichkeit
gemäß der Erfindung
besteht nun darin, den Betriebsmoduswechsel nach der Betankung nicht
zu verbieten und auf eine verlässliche
Information der Klopfregelung zu warten. Stattdessen wird in den
Schritten S2 und S3 zunächst
bestimmt, ob das Fahrzeug bzw. der Motor in einen CAI-Betriebsmodus geschaltet
werden kann. Hierzu wird in dem Schritt S3 anhand eines ersten Kennfeldes
bestimmt, ob das Fahrzeug bzw. der Motor einen Betriebspunkt erreicht
hat, indem zuverlässig
der CAI-Betriebsmodus durchgeführt
werden kann.
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Statt
also nach dem Motorstart eine Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus zu
sperren und auf das Ergebnis aus der Klopfregelung zu warten, wird
eine erste Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus in einem Bereich
durchgeführt,
der als Minimalbetriebsbereich in einem ersten Kennfeld abgelegt
ist und beispielsweise eine ausreichend große Umschaltsicherheit und vorzugsweise
einen im Wesentlichen als stabil zu erwartenden Motorbetrieb kennzeichnet.
Ein als stabil zu erwartender Motorbetrieb sollte hierbei beispielsweise
für den
minimalen und maximalen Wert der zu erwartenden Kraftstoffqualität gegeben
sein, also beispielsweise bei 90 bis 100 Oktan. Das heißt, der
zu erwartende Zielbetriebspunkt nach dem Betriebsmoduswechsel ist
beispielsweise so robust, dass auch alle gängigen Kraftstoffqualitäten sicher
entflammt werden und zum gewünschten Brennverlauf
führen.
Vorzugsweise erfolgt die erste Umschaltung in diesem Zielbereich
bei einem im Hinblick auf die Komforterwartung des Fahrers unkritischen
Lastpunktwechsel. Dies hat den Vorteil, dass die Umschaltung in
den CAI-Betriebsmodus mit größter Sicherheit
unauffällig
gegenüber
der Fahrererwartung ist bzw. von diesem praktisch nicht wahrgenommen
wird.
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Das
erste Kennfeld anhand dem bestimmt wird, ob der Motor einen Betriebspunkt
in einem robusten CAI-Bereich hat (Schritt S3) ist in 1 dargestellt.
In dem ersten Kennfeld ist der Betriebspunkt bzw. der Bereich von
Betriebspunkten des robusten CAI-Bereichs in Abhängigkeit von dem Drehmoment und
der Drehzahl eingezeichnet. In dem eingezeichneten Bereich ist dabei
eine kontrollierte Selbstzündung
auch bei einer ungünstigen
Kraftstoffqualität möglich. Ein
Bereich für
einen robusten CAI-Betrieb für
eine kontrollierte Selbstzündung
liegt beispielsweise bei einer Drehzahl im Bereich von 2000–2500 U/min
und einem Drehmoment von 30–60
Nm (bei einem 1,8 L 4-Zylindermotor). Diese Bereichsangaben und
der Motor sind jedoch lediglich beispielhaft und die Erfindung ist
keineswegs darauf beschränkt. Grundsätzlich kann
der Bereich für
die Drehzahl auch kleiner oder größer als der vorgenannte Bereich
gewählt
werden, entsprechendes gilt für
den Bereich des Drehmoments. Entscheidend ist, dass der Bereich
so abgegrenzt ist, dass eine im Wesentlichen zuverlässige Selbstzündung für einen
vorbestimmten Kraftstoffqualitätsbereich
möglich
ist.
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Nach
dem Start des Motors liegt das Fahrzeug mit seinem Betriebspunkt
normalerweise nicht sofort in diesem Bereich, so dass das Fahrzeug
bzw. dessen Motor zunächst
mittels Fremdzündung,
beispielsweise mittels Zündkerzen,
gezündet
wird. Es wird jedoch während
des Fahrbetriebs wiederholt abgefragt, ob gemäß Schritt S3 der Motor einen
Zielpunkt erreicht hat, der in den robusten CAI-Bereich fällt. Sobald
dies in Schritt S3 festgestellt wird, erfolgt eine Umschaltung in
den CAI-Betriebmodus (Schritte S4, S5) und damit eine Selbstzündung des
Motors. Dabei wird, nachdem zunächst
in Schritt S3 festgestellt wurde, dass das Fahrzeug einen robusten CAI-Ziel-punkt
erreicht hat, eine Voranpassung von wenigstens einem oder mehreren
Betriebsparametern in einem Schritt S4 durchgeführt, um die kontrollierte Selbstzündung des
Motors vorab zusätzlich
zu verbessern.
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Um
trotz Qualitätsunterschieden
bei dem Kraftstoff einen Wunsch- bzw. Sollbrennverlauf zu realisieren,
muss die Motorsteuerung eine entsprechende Anpassung bzw. Korrektur
von Betriebsparametern vornehmen. Dabei kann wenigstens ein geeigneter
Betriebsparameter oder eine Kombination aus wenigstens zwei oder
mehr Betriebsparametern, wie sie beispielsweise im folgenden aufgeführt werden,
zunächst
vorangepasst werden. Beispiele für solche
Betriebsparameter sind im folgenden aufgeführt:
- – Anpassung
des Einspritztimings und der Einspritzmenge
- – Lambdavariation
- – Anpassung
der Abgasrückführrate
- – Anpassung
der Vorhomogenisierung in der Zwischenkompression (Voreinspritzung)
- – Anpassung
des Zündzeitpunkts
- – Zündunterstützung durch
Zündkerze
bei Selbstzündungsprozessen
- – Ansaugluftvorwärmung/-kühlung
- – Anpassung
der Steuerzeiten variabler Ventiltriebe
- – Ansteuerung
eines Lufttaktventils usw.
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Die
Aufzählung
ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend. Dabei können a priori
Kenntnisse aus dem konventionellen Fahrbetrieb (homogener SI-Betrieb)
für den Umschaltvorgang
und die Qualität des
Kraftstoffs bzw. die Kraftstoffbeschaffenheit ermittelt werden,
um daraufhin die Betriebsparameter entsprechend anzupassen. Zu den
a priori Kenntnissen gehören
dabei Parameter wie die Klopffestigkeit des Kraftstoffs, die Flüchtigkeit
des Kraftstoffs, den zuvor erwähnten
Kennfeldbereich für
den robusten CAI-Betriebsmodus, die Einschränkung des Kraftstoffqualitätsbereichs
anhand der gängigen
verwendeten Kraftstoffe, die Standdauer des Fahrzeugs, die Umgebungstemperatur,
die Dauer seit dem letzten Umschaltvorgang usw..
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Die
nähere
Bestimmung der Kraftstoffqualität
für die
Anpassung der Betriebsparameter wird dabei im folgenden kurz beschrieben.
Die Klopfregelung im fremd gezündeten
SI-Betrieb erkennt im aktiven Zustand mit Hilfe von Klopfsensoren
beispielsweise die charakteristischen hochfrequenten Körperschallschwingungen
und reagiert mit einer Verstellung des Zündwinkels in Richtung spät, sobald
ein Klopfereignis detektiert wird. Ausgehend von dem Referenzkennfeld,
das mit Referenzkraftstoff ermittelt wurde, ist das Maß des Zündwinkelrückzugs ein Indikator
für die
Klopffestigkeit und damit auch beispielsweise für die oben genannte Research
Oktankzahl ROZ oder die Motor Oktanzahl MOZ bzw. die Qualität des Kraftstoffs.
Grundsätzlich
ist aber auch jedes andere Verfahren denkbar, um die Kraftstoffqualität zu bestimmen
oder zumindest genauer einzugrenzen. Des Weiteren ist auch denkbar,
dass der Fahrer beispielsweise beim Tanken selbst die Oktanzahl
eingibt. Weiter kann neben der Kraftstoffqualität auch der Dampfdruck RVP (Reid
Vapor Pressure) mit berücksichtigt
werden, um die Betriebsparameter geeignet voranzupassen. Diese Aufzählung ist
aber nur beispielhaft und nicht abschließend. Grundsätzlich geht
es bei der Voranpassung der Betriebsparameter darum, vor dem Umschalten
in den CAI-Betriebsmodus bekannte bzw. vorhandene Ausgangsgrößen, wie
eben den Dampfdruck, die Kraftstoffqualität usw., mit denen der nachfolgende
CAI-Betriebsmodus
beeinflusst werden kann, soweit bei der Voranpassung von Betriebsparametern
zu berücksichtigen,
dass wenn in den CAI-Betriebsmodus umgeschaltet wird, dieser vorab
soweit als möglich
bereits optimiert worden ist. Prinzipiell ist es aber auch möglich den Schritt
S4 zu überspringen
und eine Anpassung der Betriebsparameter erst nach dem Umschalten
in den CAI-Betriebsmodus vorzunehmen, wie im folgenden in Schritt
S6 mit Bezug auf die Feinanpassung beschrieben wird.
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Nach
der ersten Voranpassung in Schritt S4 von Betriebsparametern, wie
sie oben beispielsweise aufgeführt
sind, erfolgt anschließend
in Schritt S5 das Umschalten des Motors in den CAI-Betriebsmodus. Anzumerken
ist dabei, dass bei diesem CAI-Betriebsmodus beide Fälle mit
umfasst sind, nämlich einmal
der Fall in dem eine Selbstzündung
des Motors ohne Unterstützung
durch eine Zündeinrichtung ausgeführt wird
und einmal der Fall in dem die Selbstzündung des Motors mit Unterstützung durch eine
Zündeinrichtung,
wie beispielsweise Zündkerzen,
ausgeführt
wird.
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Nach
dem Umschalten in den CAI-Betriebsmodus (Schritt S5) werden die
ersten Verbrennungen unmittelbar danach in einem Schritt S6, beispielsweise
in Bezug auf den Druckverlauf, beim CAI-Betrieb insbesondere in
Bezug auf den Druckgradienten nach der Kraftstoffentflammung, analysiert
und beispielsweise der Zündzeitpunkt,
das akustische Verhalten, die Brenndauer, die Emission, die Kraftstoffqualität (Zündwilligkeit)
usw. bewertet. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Feinanpassung wenigstens
eines oder mehrerer Betriebsparameter zur weiteren Optimierung des
Selbstzündungsprozesses,
wobei wenigstens einer oder mehrere der zuvor genannten Parameter,
wie beispielsweise die festgestellte Kraftstoffqualität dabei
berücksichtigt
werden. Beispiele für
solche Betriebsparameter wurden zuvor bereits genannt, für die Feinanpassung
können
dabei dieselben Betriebsparameter berücksichtigt werden, wie für die Voranpassung
in Schritt S5, oder auch zumindest teilweise andere Betriebsparameter,
die den Selbstzündungsprozess
des Motors beeinflussen.
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Die
Feinanpassung der Betriebsparameter in Schritt S6 erfolgt dabei
derart, dass für
den jeweiligen festgestellten Betriebspunkt beispielsweise dessen Druckverlauf
eingestellt wird, auf Basis eines betriebspunktabhängigen Solldruckverlaufs
aus einem entsprechenden Kennfeld. Die Betriebspunkte, bei denen
eine geeignete Selbstzündung
möglich
ist, werden validiert und in einem zweiten Kennfeld abgespeichert,
wie es in 1 dargestellt ist (Schritt S7). Dadurch
ist es möglich
nicht nur eine Selbstzündung in
dem robusten CAI-Bereich durchzuführen sondern auch in anderen
Bereichen, wie in dem nachfolgenden zweiten Kennfeld gezeigt ist.
Dabei kann ebenfalls die Kraftstoffqualität näher oder noch genauer wie in
der Voranpassung bestimmt werden, um Betriebsparameter entsprechend
anzupassen.
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Ottokraftstoff
besteht aus unterschiedlich leicht flüchtigen Bestandteilen, so dass über die
Zeit Anteile verdampfen und sich die Kraftstoffzusammensetzung verändert. Begünstigt wird
dies insbesondere durch lange Standzeiten des Fahrzeugs und hohen
Umgebungstemperaturen. Diese Parameter werden, wie zuvor genannt,
wahlweise ebenfalls mit berücksichtigt,
wenn die Betriebsparameter angepasst werden.
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Die
Kraftstoffqualitätserkennung,
als Funktion in der Motorsteuerung, erkennt aus dem Hochlaufverhalten
des Motors beim Start die Kraftstoffqualität und nimmt entsprechend Korrekturen
vor, wie im nachfolgenden mit Bezug auf 2 beschrieben wird.
Eine andere Möglichkeit
zur Bestimmung der Flüchtigkeit
des Kraftstoffs besteht beispielsweise darin, einen Temperatursensor
mit einer definierten Kraftstoffmenge bekannter Temperatur gezielt
zu benetzen. Die dabei gemessene Abkühlung des Sensorelements ist
ein Maß für die Flüchtigkeit
des Kraftstoffs. Diese Kraftstoffqualität und Zusammensetzung werden
im fahrtechnischen Betrieb quasi online für die optimalen Ansteuerparameter
für jeden
Betriebspunkt ermittelt und in entsprechenden Kennfeldern in der
Motorsteuerung abgespeichert.
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Ein
solches hier zweites Kennfeld ist in 1 dargestellt.
Darin ist der jeweilige Betriebsparameter, wie oben aufgeführt, in
Abhängigkeit
von der Research Oktanzahl ROZ und dem Dampfdruck, in Form eines
3D-Kennfeldes dargestellt. Dabei ist gleichzeitig der jeweilige
kraftstoffqualitäts-
und -zusammensetzungsabhängige
(maximale) Betriebsbereich dargestellt für die jeweiligen Betriebsparameter und
deren Betriebspunkte. Wie aus dem zweiten Kennfeld entnommen werden
kann, sind für
verschiedene Research Oktanzahlen und Dampfdrücke (RVP) Betriebspunkte validiert
und entsprechend abgespeichert, bei denen eine kontrollierte Selbstzündung durchführbar ist,
obwohl die Research Oktanzahl und/oder der Dampfdruck (RVP) für sich gesehen
keinen für
eine Selbstzündung
optimalen Wert aufweisen. Dies wird aber durch eine entsprechende Anpassung
der Betriebsparameter in dem jeweiligen Betriebspunkt ausgeglichen,
die so angepasst werden, dass trotz einer ungünstigen Research Oktanzahl
bzw. einem ungünstigen
Dampfdruck (RVP) eine zuverlässige,
kontrollierte Selbstzündung
möglich
ist. Eine Validierung dieser Betriebspunkte, bei denen eine kontrollierte
Selbstzündung
des Motors durchführbar
ist und eine entsprechende Abspeicherung dieser Betriebspunkte in
dem zweiten Kennfeld erfolgt, wie zuvor beschrieben, in Schritt
S7. Der Betriebsbereich wird fahrtechnisch validiert und der maximale
Betriebsbereich einer Betriebsart oder -strategie auf diese Weise
ermittelt. Die Ermittlung erfolgt dabei vorzugsweise online während des
Fahrbetriebs. Dabei wird beispielsweise ein maximaler Betriebsbereich
für den
neuen Kraftstoff bzw. ein Kraftstoffgemisch im Tank abgesteckt.
Da in diesen Betriebspunkten eine zuverlässige Selbstzündung möglich ist,
ist eine Betriebsmodusschaltung nur aus validierten Betriebspunkten
heraus erlaubt.
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Bei
einem erneuten Motorstart kann daher in einem Schritt S2* direkt
bestimmt werden, ob das Fahrzeug bzw. der Motor in den CAI-Betriebsmodus geschaltet
wird, indem in einem Schritt S3* anhand des zweiten Kennfeldes bestimmt
wird, ob das Fahrzeug einen Betriebspunkt erreicht hat, der validiert
ist oder nicht. Ist der Betriebspunkt validiert, so kann in den
CAI-Betriebsmodus
geschaltet werden oder in diesem verblieben werden, sofern der Motor
bereits in dem CAI-Betriebsmodus ist. Ist der zu erwartende Betriebspunkt
bzw. Zielpunkt bei der Umschaltung nicht validiert, wird die Umschaltung
in den CAI-Betriebsmodus mit Selbstzündung des Motors blockiert und
stattdessen der Betriebsmodus mit Fremdzündung des Motors durchgeführt bzw.
der Betriebsmodus mit Fremdzündung
beibehalten, sofern sich der Motor in diesem Betriebmodus bereits
befindet.
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In 2 ist
eine Druckverlaufsanalyse, wie sie in Schritt S6 in 1 beispielsweise
durchgeführt werden
kann, am Beispiel eines CAI-Prozesses gezeigt. In dem Diagramm ist
ein Druckverlauf bei Volllast bei einer Fremdzündung (SI) dargestellt und
ein Kompressionsverlauf. Des Weiteren sind verschiedene Druckverläufe in einem
CAI-Betriebsmodus dargestellt. Dabei ist einmal ein optimaler Druckverlauf dargestellt
mit einem idealen Durckanstiegsgradienten. Des Weiteren sind zwei
Fälle dargestellt,
in denen der Druckanstieg im CAI-Betriebsmodus von dem Idealfall
abweicht. Hierbei müssen
entsprechende Betriebsparameter geeignet nachjustiert bzw. eingestellt
werden, um den Druckverlauf so zu verändern, dass dieser dem idealen
Druckverlauf angenähert
wird.
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In
dem ersten Fall steigt der Druckanstieg zu stark an, d. h. der Druckanstiegsgradient
ist zu hoch, so dass ein zu früher
Verbrennungsstart einsetzt und daher die Gefahr einer Motorschädigung besteht.
In dem zweiten Fall steigt der Druckverlauf nicht stark genug an,
d. h. der Druckanstiegsgradient ist zu niedrig. Dadurch setzt der
Verbrennungsstart zu spät
ein und es erfolgt hierdurch eine ineffiziente Verbrennung.
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In
dem ersten Fall, bei einem zu hohen Druckanstiegsgradienten, können folgende
Gegenmaßnahmen
im Rahmen beispielsweise der Feineinstellung in Schritt S6 ergriffen
werden. So kann die Abgasrückführrate entsprechend
erhöht
werden. Des Weiteren kann die Voreinspritzmenge verringert werden.
Außerdem
kann die Ansaugluftmenge erhöht werden.
Weiter kann die Einblasmenge des Lufttaktventils erhöht werden.
Diese Maßnahmen
sind lediglich beispielhaft und die Aufzählung ist nicht abschließend. In
dem zweiten Fall, bei dem der Druckanstiegsgradient zu niedrig ist,
können
die folgenden Gegenmaßnahmen
beispielsweise im Rahmen der Feineinstellung in Schritt S6 getroffen
werden. So kann zum Beispiel die Abgasrückführrate (AGR-Rate) verringert
werden. Weiter kann die Voreinspritzmenge erhöht werden. Des Weiteren kann
mittels Zündkerzen
eine Zündunterstützung erfolgen.
Außerdem
kann die Lufteinblassmenge verringert werden. Dieses sind jedoch
ebenfalls lediglich einige Beispiele für Maßnahmen die getroffen werden
können,
wobei die Aufzählung
nicht abschließend
ist.
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Der
Betriebspunkt wird, wie zuvor beschrieben, in dem zweiten Kennfeld
für den
jeweiligen Betriebsparameter abgespeichert. Des Weiteren können zusätzlich auch
die entsprechenden Feinanpassungen zu dem jeweiligen Betriebspunkt
abgespeichert werden und beispielsweise bei dem Erreichen dieses
Betriebspunktes abgerufen werden und es kann daraufhin eine entsprechende
Voranpassung der Betriebsparameter erfolgen. Nach dem Umschalten
in den CAI-Betriebsmodus kann dann wieder eine erneute Feinanpassung
von Betriebsparametern beispielsweise im Rahmen der Druckverlaufanalyse durchgeführt werden
und diese wieder abgespeichert werden, wie zuvor bereits beschrieben
wurde.
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Gemäß der Erfindung
soll ein Verfahren aufgezeigt werden, dass die Kraftstoffqualität bewertet, den
Verbrennungsprozess des jeweiligen Moduls darauf hin optimiert und
eine sichere Ermittlung des Betriebsbereichs ermöglicht. Der Hauptvorteil des Verfahrens
liegt hierbei darin, dass die Kraftstoffqualität erkannt und der neue Betriebsmodus
unverzüglich
daran angepasst werden kann, so dass der gewünschte Sollbrennverlauf realisiert
wird. Dies ist Voraussetzung für
ein effizientes, verbrauchs- und emissionsoptimales Brennverfahren.
Durch das Adaptionsverfahren bzw. das Vor- bzw. Feinanpassen wird
qualitäts-
und zusammensetzungsunabhängig der
maximale Betriebsbereich eines jeden Betriebsmodus abgesteckt, Umschaltungen
erfolgen dabei nur in validierten Betriebspunkten. Dadurch kann
verhindert werden, dass eine Umschaltung in den CAI-Betriebsmodus
bei einem Betriebspunkt erfolgt, in dem eine Selbstzündung bei
dem Motor nicht ausreichend zuverlässig durchgeführt werden
kann.