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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Laufverhaltens
einer Brennkraftmaschine nach einem Heißstart, beispielsweise nach
einer kurzen Unterbrechung des Brennkraftmaschinenbetriebs.
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Im
Stillstand nach vorausgegangenem Betrieb heizt eine Brennkraftmaschine
ihre Umgebung auf, wovon insbesondere Kraftstoff führende Teile wie
Einspritzventile und Leitungen betroffen sind. Dampfblasen, die
sich daraufhin bilden können,
führen
bei einem nachfolgenden Start zu einer ungenügenden Versorgung der Brennkraftmaschine
mit Kraftstoff, die zu einer unerwünschten Gemischabmagerung führen kann.
Als Folge stellt sich ein verschlechtertes Anspring- und Leerlaufverhalten
ein. Aus der JP 63-124 845 A ist ein Lambda-Regler für eine Brennkraftmaschine
bekannt geworden, bei der die Dampfblasenbildung bei einem Heißstart durch eine
Druckerhöhung
im Kraftstoffsystem vermieden werden soll. Bei einem Heißstart werden
gleichzeitig Änderungen
der Reglerparameter des Lambda-Reglers
vorgenommen, die der Abmagerung des Gemisches entgegenwirken sollen.
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Aus
der JP 62-017 337 A ist ebenfalls ein Lambda-Regler einer Brennkraftmaschine
bekannt geworden, dessen Parameter bei einem Heißstart verändert werden. Zusätzlich wird
ermittelt, ob die Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb ist. Falls
dies der Fall ist, wird durch Vergleich der erfaßten Drehzahl mit einer vorgegebenen
Drehzahlschwelle gegebenenfalls eine Leerlaufdrehzahlanhebung eingeleitet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kraftstoffzumessung
für eine Brennkraftmaschine
in Verbindung mit einem Heißstart
anzugeben, das gegebenenfalls auftretende Laufprobleme der Brennkraftmaschine
vermeidet.
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Die
Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch
angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht bei einem Heißstart
zunächst
vor, daß Maßnahmen
zur Kompensation heißstartbedingter
Gemischstörungen
eingeleitet werden, die zumindest eine Änderung von charakteristischen
Parametern der Lambda-Regelung umfassen. Gemäß einer ersten Alternative
ist vorgesehen, daß ein
auf der Stellgröße der Lambda-Regelstrecke basierender
Wert mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird und daß bei Überschreitung
des Schwellenwerts wenigstens eine Maßnahme zur Steigerung des Brennkraftmaschinendrehmoments
eingeleitet wird. Gemäß einer zweiten
Alternative ist vorgesehen, daß eine Änderung
Delta-Lambda mit
einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird und daß bei Überschreiten
des Schwellenwerts ebenfalls wenigstens eine Maßnahme zur Steigerung des Brennkraftmaschinendrehmoments
eingeleitet wird.
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Ein
Vorteil liegt darin, daß drehmomentsteigernde
Maßnahmen,
wie beispielsweise die Anhebung der Leerlaufdrehzahl, nur bei tatsächlich vorliegenden
Heißleerlaufproblemen eingeleitet
werden. Unnötige
Drehzahlanhebungen und damit unnötig
erhöhte
Abgasemissionen werden reduziert.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich aus abhängigen
Ansprüchen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung sieht zur Erhöhung des Brennkraftmaschinendrehmoments
wenigstens eine der Maßnahmen
wie Erhöhen
der Leerlaufdrehzahl, Abschalten eventuell vorhandener Lasten wie
Klimaanlage, Abschalten eventuell vorhandener Störgrößen wie Abgasrückführung und
Tankentlüftung
vor.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß nach einem Heißstart mit
nicht betriebsbereiter Lambdasonde Maßnahmen zur beschleunigten Aktivierung
der Lambda-Regelung getroffen werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
sieht hierzu wenigstens eine Maßnahme
wie Erhöhen
der Leerlaufdrehzahl, Verstellen der Zündung zu späteren Zündzeitpunkten und/oder Vorverlegen
des Einsatzzeitpunktes der Lambda-Regelung vor.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich aus weiteren abhängigen
Ansprüchen
und aus der folgenden Beschreibung.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung
erläutert.
Dabei zeigt 1 eine Brennkraftmaschine mit
verschiedenen, zu ihrem Betrieb verwendeten Systemkomponenten und
einem Steuergerät,
dessen prinzipielle Funktionsweise in 2 dargestellt
ist. 3 offenbart ein Funktionsschaubild der Erfindung
in Blockdarstellung. 4 veranschaulicht
die Wirkung der Erfindung anhand von Signalverläufen. 5 stellt ein
weiteres Ausführungsbeispiel
als Funktionsschaubild vor und 6 zeigt
ein Flussdiagramm mit zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Schritten.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Ansaugrohr 2,
einem Einspritzventil 3, einem Sensor 4 zum Erfassen
der Ansauglufttemperatur Ta, einer Drosselklappe 5, einem
Leerlaufsteller 6, einem Mittel 7 zum Erfassen
der Luftmenge Q, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird,
einem Sensor 8 für
die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, einem Sensor 9 zur
Erfassung der Brennkraftmaschinentemperatur Tmot, einem Abgasrohr 10 mit
einem Abgassensor 11, einem Abgasrückführventil 12, einer Abgasrückführleitung 13,
Teilen einer Zündanlage 14 und
einem Steuergerät 15.
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2 stellt
das bekannte Steuergerät 15 in Form
von Funktionsblöcken
dar. Einem Eingabeblock 16 werden beispielsweise Signale
der in 1 gezeigten Sensoren zugeführt. Ein Ausgabeblock 17 gibt
beispielsweise Ansteuerimpulse für
die Einspritzventile, die Zündvorrichtung,
die Abgasrückführung, den
Leerlaufsteller und unter Umständen
weitere Einrichtungen, wie eine Tankentlüftungsvorrichtung, heraus.
Zwischen den beiden Blöcken
vermittelt eine Recheneinheit 18 nach einem Programm, das
im Speicher 19 abgelegt ist. Der Speicher 19 enthält daneben
Daten, die für
den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet werden, beispielsweise
Kennfelder für
Einspritzzeiten oder Regelparameter, die durch Betriebsparameter,
wie Last und Drehzahl, adressiert werden.
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Die
gezeigte Anordnung stellt das technische Umfeld dar, in dem die
Erfindung zur Anwendung kommt. Die Funktion dieser, dem Fachmann bekannten
Anordnung, wird im Folgenden nur dort erläutert, wo sie von der Erfindung
berührt
oder geändert
wird.
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Der
Gegenstand der Erfindung gemäß der ersten
Alternative erschließt
sich aus der 3, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Form von Funktionsblöcken zeigt. Der Block 1 symbolisiert
die Brennkraftmaschine zusammen mit weiteren Komponenten, insbesondere
hier nicht explizit dargestellten Einspritzventilen und Sensoren.
Den übrigen
Blöcken
sind Funktionen gemäß folgender
Aufstellung zugeordnet:
Block 20: Erkennen eines Heißstarts
Block 21:
Bilden einer Stellgröße für die Lambdaregelung
Block 22:
Bilden eines Kraftstoffzumesssignals
Block 23: Bereitstellen
eines ersten Satzes von Regelparametern für die Lambdaregelung
Block 24:
Bereitstellen eines zweiten Satzes von Regelparametern für die Lambdaregelung
Schaltmittel 25:
Umschalten vom ersten Satz auf den zweiten Satz von Regelparametern
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Im
Normalbetrieb, das heißt
bei betriebsbereiter Lambdaregelung ohne Heißstartbedingungen bildet der
Regler (Block 21) aus einem Signal, das die Abgaszusammensetzung
charakterisiert, eine Stellgröße FR. Diese
wird in dem Block 22, vorzugsweise mit einem Basiswert
tp, gebildet aus Werten für
die Last Q und Drehzahl n, multiplikativ zu einem Kraftstoffzumesssignal,
in diesem Beispiel zu einer Öffnungszeit
ti für
ein Einspritzventil 3, umgeformt.
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Das
zeitliche Verhalten der Stellgröße FR wird
bekanntermaßen
wesentlich von den Werten der Regelparameter, beispielsweise Proportional-,
Integral- oder Differentialanteilen, eines PID-Reglers sowie oberen
und unteren Begrenzungen des Regeleingriffs bestimmt.
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Da
an eine Regelung üblicherweise
gegensätzliche
Forderungen, wie schnelle Reaktionsfähigkeit und geringe Neigung
zu Regelschwingungen, gestellt werden, stellt die Auslegung der
Regelparameter für
den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine immer einen Kompromiss
dar.
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Diese,
für den
Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bestimmten Parameter, werden
im Fall eines Heißstarts
geändert.
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Dazu
wird zunächst
nach einem Start der Brennkraftmaschine im Block 20 geprüft, ob charakteristische
Bedingungen für
einen Heißstart
erfüllt sind.
Dazu werden im gezeichneten Ausführungsbeispiel
die Temperaturen der Brennkraftmaschine Tmot und der Ansaugluft
Ta dem Block 20 zugeführt
und mit vorbestimmten Schwellwerten verglichen.
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Dabei
kann es vorteilhaft sein, den Schwellwert für die Temperatur der Ansaugluft
an den Wert zu koppeln, der beim Abstellen der Brennkraftmaschine
gemessen wurde. Bekanntlich steigt der im Ansaugrohrbereich gemessene
Wert für
die Temperatur der Ansaugluft nach einem Abstellen der warmen Brennkraftmaschine
zunächst
an. Wird beim folgenden Wiederanlassen der Brennkraftmaschine ein Temperaturanstieg
festgestellt, der größer als
bspw. 12°C
ist, gilt dies als ein Kriterium für einen Heißstart.
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Bei
erkanntem Heißstart
löst Block 20 eine Änderung
der Schaltstellung des Schaltmittels 25 aus, das entweder
den Block 23 oder den Block 24 mit dem Regler 21 verbindet.
Zusätzlich
wird eine evtl. vorhandene Adaption der Lambdaregelung gesperrt
und u.U. wird ergänzend
die bekannte gesteuerte Gemischanfettung ausgelöst, wobei die beiden letztgenannten
Schritte aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
in der Zeichnung dargestellt wurden.
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Die
Funktion jedes einzelnen der beiden Blöcke 23 und 24 besteht
darin, jeweils einen Satz von Regelparametern bereitzustellen, die
bei entsprechender Schaltstellung des Schaltmittels 25 im
Regler 21 wirksam werden. Der Begriff Regelparameter bezeichnet
hier bspw. die P-, I- und D-Anteile eines PID-Reglers sowie die
Werte von Begrenzungen des oberen und unteren Regeleingriffs.
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Bspw.
kann der Block 23 den Satz von Regelparametern für den Normalbetrieb
der Brennkraftmaschine liefern während
Block 24 spezielle, den Heißstartbedingungen angepaßte Werte
bereitstellt.
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Sowohl
die Art als auch die Wirkung der Veränderung wird anhand der Signalverläufe der 4 deutlich.
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4a zeigt
einen typischen Verlauf von Lambda, wie er sich nach einem Heißstart ergeben kann,
wenn keinerlei Gegenmaßnahmen
ergriffen werden. Im Anschluss an einen Heißstart zum Zeitpunkt t0 befinde
sich zunächst
ausgedampfter Kraftstoff im fuel rail. Unter diesen Umständen tritt
noch keine nennenswerte Dampfblasenbildung und damit auch keine
unerwünschte
Gemischabmagerung auf. Erreicht zum Zeitpunkt t1 Kraftstoff aus
dem Tank das erhitzte fuel rail, bilden die leichtflüchtigen
Bestandteile Dampfblasen, es kommt zu einer Abmagerung, die im gezeichneten
Beispiel Werte bis Lambda = 1,5 erreichen.
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4b zeigt
eine typische Reaktion der Stellgröße FR, wie sie unter gleichen
Bedingungen im Normalbetrieb bei betriebsbereiter Lambdaregelung
mit für
den Normalbetrieb bestimmten Regelparametern auftritt. Weder die
Bandbreite des Regeleingriffs, hier von FR = 0,8 bis FR = 1,2 reichend, noch
die Regelgeschwindigkeit, bestimmt durch Höhe der Proportionalsprünge p und
Integratorsteigung I = tan a, sind den massiven Störungen durch die
Dampfblasenbildung angemessen. Den gezeichneten Verhältnissen
entsprechend läuft
der Regler kurz nach dem Auftreten der Dampfblasen an seine obere
Begrenzung, für
die hier beispielhaft FR = 1,2 angenommen wurde.
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Wie
bereits weiter oben bemerkt, ist eine gesteuerte Anfettung wegen
der Bandbreite des Ausdampfverhaltens möglicher Kraftstoffsorten zum Ausgleich
der verbleibenden Fehlanpassung um den Faktor 0,3, der sich in diesem
Beispiel als Differenz zwischen den Beträgen der Störung (1, 5)
und der maximalen Reglerreaktion (1, 2) ergibt,
nur schlecht geeignet.
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Die
Wirkung des Verfahrens zeigt die 4c. Nach
erkanntem Heißstart
zum Zeitpunkt t0 kommen geänderte
Regelparameter zur Wirkung. Die vergrößerte Regelgeschwindigkeit,
erkennbar an vergrößerten Werten
für I =
tan a und p, ermöglicht eine
vergleichsweise schnelle Reaktion auf durch Dampfblasenbildung verursachte
Störungen.
Der vergrößerte Regelbereich
ermöglicht
der Regelung, die betragsmäßig starke,
längerfristige
Abweichung auf Werte bis zu Lambda = 1,5 auszuregeln.
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5 zeigt
ein weiteres, gegenüber
dem Gegenstand der 3 um zwei Funktionen erweitertes
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens.
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Die
erste Erweiterung ist für
den Fall eines Heißstarts
bei nicht betriebsbereiter Lambdaregelung angedacht. In diesem Fall
werden Maßnahmen zum
beschleunigten Erreichen der Betriebsbereitschaft ergriffen.
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Es
ist beispielsweise bekannt, den Regelbeginn nach einem Start erst
dann zuzulassen, wenn die Lambdasonde eine ausreichend hohe Signalspannung
liefert. Die Blöcke 26 und 27 stellen Schwellwertschalter
dar, die dieses Signal nur bei Überschreiten
eines Schwellwertes an den Regler 21 weitergeben. Die gezeichnete
Verbindung von der Brennkraftmaschine zum Regler 21 stellt
den Übertragungsweg
für das
Signal der Lambdasonde dar. Die gezeichnete Stellung des Schaltmittels 28 entspricht
dem Normalbetrieb ohne Heißstartbedingungen.
In diesem Fall soll das Signal der Lambdasonde eine vergleichsweise
hohe Amplitude erreichen, bevor die Regelung zugelassen wird. Dabei
geht man davon aus, dass eine Steuerung unter diesen Bedingungen
zunächst
bessere Ergebnisse, beispielsweise im Laufverhalten der Brennkraftmaschine
oder in der Abgasqualität,
liefert.
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Erfindungsgemäß lässt man
im Heißstartfall eine
Regelung bereits bei einer vergleichsweise geringeren Signalamplitude
zu.
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Dazu
wird über
den vom Heißstarterkennungsblock 20 gesteuerten
Schalter 28 das Signal der Lambdasonde in diesem Ausführungsbeispiel
einem zweiten Schwellwertschalter 27 zugeführt und mit
einem entsprechend abgesenkten Schwellwert verglichen. Obwohl dieses
Spannungssignal im Normalbetrieb nur bedingt zur Regelung geeignet
ist, liefert es bei den starken, in Betrag und Dauer beispielsweise
mit der Kraftstoffqualität,
schwankenden Abmagerungen im Heißstartfall die besseren Ergebnisse
im Vergleich zur Steuerung.
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Die
beschriebene Vorgehensweise lässt
sich auch bei anderen Verfahren zur Betriebsbereitschaftserkennung
anwenden. Wesentlich ist dabei, dass das jeweils geltende Betriebsbereitschaftskriterium
so abgemildert wird, dass der Einsatzzeitpunkt der Regelung im Heißstartfall
vergleichsweise früher erreicht
wird.
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Zusätzlich können zur
beschleunigten Herstellung der Betriebsbereitschaft weitere Maßnahmen
zur Aufheizung der Lambdasonde, wie das Verstellen der Zündung in
Richtung spät
oder das Anheben der Leerlaufdrehzahl, eingeleitet werden.
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Die
durch die Blöcke 28 und 29 dargestellte zweite
Erweiterungsfunktion gemäß der ersten
Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens
soll den Betrieb der Brennkraftmaschine dann sicherstellen, wenn
beispielsweise eine starke Abmagerung im Leerlauf der Brennkraftmaschine
eintritt.
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Block 28 symbolisiert
eine Schwellwertabfrage, in der die Stellgröße FR mit einem vorgegebenen Magerkorrekturschwellwert,
der größer als
1 ist, verglichen wird. Führt
die Dampfblasenbildung zu einer so starken Abmagerung, dass die
Magerkorrektur (FR > 1)
den genannten Schwellwert überschreitet, wird
der Funktionsblock 29 aktiviert.
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Block 29 symbolisiert
Maßnahmen,
die das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöhen. Dies kann bspw. über eine
Erhöhung
der Leerlaufdrehzahl, eine Änderung
des Zündwinkels,
aber auch auch durch Abschalten von Lasten wie einer evtl. vorhandenen
Klimaanlage oder durch Abschalten von Störgrößen wie der Tankentlüftung geschehen.
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Das
Flußdiagramm
nach 6a zeigt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete
Schritte, wobei hier auch bereits Schritte eingeschlossen sind,
die im Rahmen der alternativen Ausführungsbeispiele nach der 5 durchgeführt werden.
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Nach
einem Brennkraftmaschinenstart wird zunächst in einem Schritt S1 festgestellt,
ob charakteristische Bedingungen für einen Heißstart erfüllt sind. Wie bereits weiter
oben beschrieben, können dazu
bspw. die Temperaturen der Brennkraftmaschine Tmot und der Ansauglufttemperatur
Ta mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen werden. Liegt kein
Heißstart
vor, verzweigt das Programm zum Normalbetrieb, d.h. zu einem bekannten
Motorsteuerungsprogramm. Liegt dagegen ein Heißstart vor, wird in einem Schritt
S2 eine Zeit tH definiert, die im weiteren Programmablauf die seit
dem Start vergangene Zeit angibt. Im Anschluß darin wird in dem Schritt
S3 die Schwelle, ab der das Lambdasondensignal zur Regelung benutzt
wird, herabgesetzt. Diese Schritte korrespondieren mit der durch
die Blöcke 26 und 27 der 5 symbolisierten
Funktion.
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Im
folgenden Schritt S4 findet eine Abfrage der Betriebsbereitschaft
der Lambdasonde statt. Eine nicht betriebsbereite Lambdasonde löst im Schritt
S5 eine Sondenheizfunktion, bspw. eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl,
eine Verstellung der Zündung
in Richtung spät
oder eine Kombination beider Maßnahmen,
aus. Bei betriebsbereiter Lambdaregelung wird in einem Schritt S6
eine evtl. vorhandene Adaption der Lambdaregelung abgeschaltet,
bevor sich in einem Schritt S7 die erfindungswesentliche Änderung
der Regelparameter anschließt,
wie sie in Verbindung mit den 3 und 4 erläutert
wurde.
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Der
Schritt S8 dient zur Detektion einer Magenkorrektur entsprechend
der Funktion des Blocks 28 aus 5. Ist Delta
Lambda größer als
ein vorbestimmter Schwellwert, wird das Drehmoment der Brennkraftmaschine
gemäß der zweiten
Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einem Schritt S9 beeinflusst, wie in Zusammenhang mit Block 29 der 5 erläutert.
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Im
Schritt S10 wird überprüft, ob seit
dem Heißstart
der Brennkraftmaschine eine Maximalzeit tH0 vergangen ist, nach
deren Ablauf zum Normalbetrieb verzweigt wird. Ist diese Zeit noch
nicht erreicht, wird die Schleife aus den Schritten S8 und S9 wiederholt
durchlaufen, wobei eventuell eingeleitete Maßnahmen zur Erhöhung des
Drehmomentes der Brennkraftmaschine rückgängig gemacht werden, wenn die
Magerkorrektur nach Schritt S8 wieder unter den genannten Schwellwert
fällt.
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6b zeigt
mit dem Schritt S11 das Auslösen
einer gesteuerten Anfettung zur Kompensation der kurzfristig nach
einem Heißstart
der Brennkraftmaschine auftretenden Gemischabmagerung. Dieses bekannte
Verfahren kann, wie durch die Marken A und B in der 6a angedeutet,
im Rahmen der Erfindung ergänzend
angewendet werden.