DE102004011589A1

DE102004011589A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004011589A1
Application number: DE102004011589A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Milos; Kristina Eberle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-29
Also published as: FR2867514B1; FR2867514A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, die eine verbrauchsoptimale und differenziertere Einstellung der Füllung in einem Brennraum (5) der Brennkraftmaschine (1) ermöglichen. Dabei wird die Füllung des Brennraums (5) der Brennkraftmaschine (1) mittels eines ersten Stellelementes (10) in einer Luftzufuhr (20) der Brennkraftmaschine (1) eingestellt. Weiterhin kann ein dem Brennraum (5) zugeführtes Gas mittels eines zweiten Stellelementes (15) in Bewegung versetzt werden. Ein vorgegebener Wert für eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine (1) wird durch koordinierte Ansteuerung sowohl des ersten Stellelementes (10) als auch des zweiten Stellelementes (15) umgesetzt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Aus der DE 100 29858 A1 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bekannt, bei dem Kraftstoff in mindestens einer Betriebsart direkt in einen Brennraum einspritzbar ist und bei dem Gas dem Brennraum zuführbar ist. Dabei kann das Gas innerhalb des Brennraums mittels einer Klappe in eine vorgegebene Bewegung versetzt werden. Die Füllung des Brennraums wird mittels einer Drosselklappe in der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine eingestellt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass ein vorgegebener Wert für eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine durch koordinierte Ansteuerung sowohl des ersten Stellelements als auch des zweiten Stellelements umgesetzt wird. Auf diese Weise wird die Funktionalität des zweiten Stellelements erhöht, da es zusätzlich zur Bewegung des den Brennraum zugeführten Gases auch zur Einstellung bzw. Umsetzung der Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine verwendet wird. Somit ist eine differenziertere und flexiblere Einstellung der Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine möglich. Außerdem lässt sich die Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine auch dann noch mit Hilfe eines der beiden Stellelemente korrekt umsetzen, wenn das andere der beiden Stellelemente defekt sein sollte.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der koordinierten Ansteuerung in Abhängigkeit einer Anforderung an die Ausgangsgröße zunächst das erste Stellelement geöffnet wird während das zweite Stellelement noch in einem androsselnden Zustand gehalten wird. Auf diese Weise ist zum Beispiel die Verbrennung optimaler, die Rußemissionen sind geringer und die Abgastemperatur ist niedriger als dies bei komplett geöffnetem zweitem Stellelement der Fall wäre.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das zweite Stellelement erst dann in Abhängigkeit einer Anforderung an die Ausgangsgröße weiter geöffnet wird, wenn das erste Stellelement bereits vollständig geöffnet ist. Auf diese Weise lässt sich die volle Leistung der Brennkraftmaschine freigegeben.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 2 einen Ablaufplan zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 kennzeichnet 1 eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 30, der im Folgenden beispielhaft als Ottomotor ausgebildet sein soll. Einem Brennraum 5 des Verbrennungsmotors 30 ist über eine Luftzufuhr 20 Frischluft zuführbar. Die Strömungsrichtung der Frischluft in der Luftzufuhr 20 ist in 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet. Dabei ist in der Luftzufuhr 20 ein erstes Stellelement 10 angeordnet, das in diesem Beispiel als Drosselklappe ausgebildet sein soll. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 10 wird von Mitteln 25 zur Umsetzung einer Anforderung an eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine 1 angesteuert. Bei der Ausgangsgröße kann es sich beispielsweise um ein Drehmoment, eine Leistung oder eine Füllung der Brennkraftmaschine 1 oder um eine von einer oder mehreren der genannten Größen abgeleitete Größe handeln. Im Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass es sich bei der Ausgangsgröße um die Füllung des Brennraums 5 der Brennkraftmaschine 1 handelt. Die Füllung kann dabei beispielsweise von einer Momentenanforderung an die Brennkraftmaschine 1 abgeleitet werden. Die Mittel 25 können software- und/oder hardwaremäßig in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine 1 implementiert sein. Im Folgenden werden die Mittel 25 vereinfachend als Motorsteuerung bezeichnet. Der Motorsteuerung 25 ist in diesem Beispiel eine Momentenanforderung eines Fahrpedalmoduls 40, ein so genanntes Fahrerwunschmoment, in Abhängigkeit der Betätigung eines in 1 nicht dargestellten Fahrpedals zugeführt. Von weiteren Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise einem Antiblockiersystem, einer Antriebschlupfregelung, einer Getriebesteuerung, einer Antiruckelfunktion, einer Leerlaufregelung, usw. können weitere Momentenanforderungen 45 der Motorsteuerung 25 zugeführt sein. Die Motorsteuerung 25 ermittelt aus sämtlichen zugeführten Momentenanforderungen in dem Fachmann bekannter Weise eine resultierende Momentenanforderung als Sollmoment und steuert den Öffnungsgrad der Drosselklappe 10 zur Einstellung einer zur Umsetzung des Sollmoments geeigneten bzw. erforderlichen Füllung des Brennraums 5 an. Die erforderliche Füllung wird dabei von der Motorsteuerung 25 in dem Fachmann bekannter Weise aus dem Sollmoment und anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 ermittelt. In der Luftzufuhr 20 ist in Strömungsrichtung der Frischluft der Drosselklappe 10 nachfolgend ein zweites Stellelement 15 angeordnet, das in diesem Beispiel als Ladungsbewegungsklappe ausgebildet sein soll. Der Öffnungsgrad der Ladungsbewegungsklappe 15 wird ebenfalls von der Motorsteuerung 25 angesteuert und zwar beispielsweise derart, dass wie in der DE 100 29 858 A1 beschriebenen Weise das dem Brennraum 5 über die Luftzufuhr 20 zugeführte Gas bzw. die über die Luftzufuhr 20 dem Brennraum 5 zugeführte Frischluft in eine vorgegebene Bewegung innerhalb des Brennraums 5 versetzt werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Verbrennung im Brennraum 5 optimieren, lassen sich die Rußemissionen reduzieren und die Abgastemperatur absenken. Gemäß 1 wird Kraftstoff direkt über ein Einspritzventil 50 in den Brennraum 5 eingespritzt. Alternativ könnte der Kraftstoff auch in Strömungsrichtung der Frischluft der Drosselklappe 10 nachfolgend in die Luftzufuhr 20 eingespritzt werden, wobei der Abschnitt der Luftzufuhr 20 in Strömungsrichtung der Drosselklappe 10 nachfolgend auch als Saugrohr bezeichnet wird. Ferner ist eine Zündkerze 55 vorgesehen, die das im Brennraum 5 sich bildende Luft-/Kraftstoffgemisch zündet. Die bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Brennraum 5 gebildeten Abgase werden in einen Abgasstrang 35 ausgestoßen, wobei in 1 die Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang 35 ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Das Einspritzventil 50 wird ebenfalls von der Motorsteuerung 25 angesteuert, beispielsweise um ein vorgegebenes Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis einzustellen. Auch die Zündkerze 55 wird von der Motorsteuerung 25 angesteuert, beispielsweise um einen geeigneten Zündzeitpunkt für die Umsetzung des Sollmoments einzustellen.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, nicht nur die Drosselklappe 10 zur Einstellung der für die Umsetzung des Sollmoments erforderlichen Füllung im Brennraum 5 vorzusehen sondern auch die Ladungsbewegungsklappe 15. Dabei wird erfindungsgemäß die erforderliche Füllung durch koordinierte Ansteuerung sowohl der Drosselklappe 10 als auch der Ladungsbewegungsklappe 15 eingestellt. Auf diese Weise lässt sich mit der Ladungsbewegungsklappe 15 nicht nur die Verbrennung optimieren sondern auch die erforderliche Füllung einstellen. So kann bei der koordinierten Ansteuerung in Abhängigkeit der für die Umsetzung des Sollmoments erforderlichen Füllung zunächst die Drosselklappe 10 schrittweise oder kontinuierlich geöffnet werden, während die Ladungsbewegungsklappe 15 noch in einem überwiegend geschlossenen Zustand gehalten wird, in dem sie die zugeführte Frischluft androsselt. Bei diesem Zustand der Ladungsbewegungsklappe 15 ist zum Beispiel die Verbrennung im Hinblick auf die Rußemissionen optimaler, d. h. die Rußemissionen sind geringer als bei weiter oder vollständig geöffneter Ladungsbewegungsklappe 15. Ferner ist die Abgastemperatur niedriger als bei weiter oder vollständig geöffneter Ladungsbewegungsklappe 15. Erst wenn bei vollständig geöffneter Drosselklappe 10 die zur Umsetzung des Sollmoments erforderliche Füllung nicht eingestellt werden kann, muss die Ladungsbewegungsklappe 15 weiter geöffnet werden, um die erforderliche Füllung bereitzustellen. Die volle Leistung des Verbrennungsmotors 30 wird schließlich freigegeben, wenn sowohl die Drosselklappe 10 als auch die Ladungsbewegungsklappe 15 vollständig geöffnet sind.
In 2 ist ein Ablaufplan zur beispielhaften Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Nach dem Start des Programms ermittelt die Motorsteuerung 25 bei einem Programmpunkt 100 in dem Fachmann bekannter Weise aus der resultierenden Momentenanforderung bzw. aus dem Sollmoment die zur Umsetzung des Sollmoments erforderliche Füllung im Brennraum 5. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 105 verzweigt.
Bei Programmpunkt 105 steuert die Motorsteuerung 25 die Drosselklappe 10 zur Einstellung eines Öffnungsgrades an, mit dem der für die Einstellung der erforderlichen Füllung notwendige Frischluftmassenstrom in der Luftzufuhr 20 erzielt wird. Dazu kann die oder Steuerung 25 die Drosselklappe 10 zu einer schrittweisen Öffnung ansteuern, sodass bei Programmpunkt 105 die Drosselklappe 10 beispielsweise um eine erste vorgegebene Schrittweite geöffnet wird. Dabei kann initial von einer vollständig geschlossenen Drosselklappe 10 ausgegangen werden. Die Ladungsbewegungsklappe 15 wird von der Motorsteuerung 25 unverändert in einem androsselnden Zustand gehalten, in dem die Ladungsbewegungsklappe 15 sich beispielsweise näher an ihrem vollständig geschlossenen Zustand als an ihrem vollständig geöffneten Zustand befindet. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 110 verzweigt.
Bei Programmpunkt 110 prüft die Motorsteuerung 25, ob die erforderliche Füllung erreicht wurde. Dazu bestimmt die Motorsteuerung 25 in dem Fachmann bekannter Weise einen Istwert für die Füllung und vergleicht ihn mit dem Sollwert, also der erforderlichen Füllung. Wurde die erforderliche Füllung vom Istwert erreicht, so wird das Programm verlassen, andernfalls wird zu einem Programmpunkt 115 verzweigt.
Bei Programmpunkt 115 prüft die Motorsteuerung 25, ob die Drosselklappe 10 bereits vollständig geöffnet ist. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 120 verzweigt, andernfalls wird zu Programmpunkt 105 zurückverzweigt und die Drosselklappe 10 wiederum um die erste vorgegebene Schrittweite weiter geöffnet.
Bei Programmpunkt 120 veranlasst die Motorsteuerung 25 die Ladungsbewegungsklappe 15 dazu, sich um eine zweite vorgegebene Schrittweite, die gleich der ersten vorgegebenen Schrittweite sein kann oder sich von der ersten vorgegebenen Schrittweite unterscheiden kann, weiter zu öffnen. Die Drosselklappe 10 wird dabei von der Motorsteuerung 25 in ihrem vollständig geöffneten Zustand gehalten. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 125 verzweigt.
Bei Programmpunkt 125 prüft die Motorsteuerung 25, ob die erforderliche Füllung erreicht wurde. Dazu bestimmt die Motorsteuerung 25 in dem Fachmann bekannter Weise wie beschrieben den Istwert für die Füllung und vergleicht ihn mit dem Sollwert, also der erforderlichen Füllung. Wurde die erforderliche Füllung vom Istwert erreicht, so wird das Programm verlassen, andernfalls wird zu einem Programmpunkt 130 verzweigt.
Bei Programmpunkt 130 prüft die Motorsteuerung 25, ob die Ladungsbewegungsklappe 15 bereits vollständig geöffnet ist. Ist dies der Fall, so wird das Programm verlassen, da eine höhere Leistung des Verbrennungsmotors 30 mit Hilfe der Zufuhr von Frischluft nicht erreicht werden kann, andernfalls wird zu Programmpunkt 120 zurückverzweigt und die Ladungsbewegungsklappe 15 wiederum um die zweite vorgegebene Schrittweite weiter geöffnet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs, bei dem eine Füllung eines Brennraums (5) der Brennkraftmaschine (1) mittels eines ersten Stellelements (10) in einer Luftzufuhr (20) der Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird und bei dem dem Brennraum (5) zugeführtes Gas mittels eines zweiten Stellelements (15) in Bewegung versetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener Wert für eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine (1) durch koordinierte Ansteuerung sowohl des ersten Stellelements (10) als auch des zweiten Stellelements (15) umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Stellelement (10) eine Drosselklappe verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Stellelement (15) eine Ladungsbewegungsklappe verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine (1) eine Füllung des Brennraums (5) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der koordinierten Ansteuerung in Abhängigkeit einer Anforderung an die Ausgangsgröße zunächst das erste Stellelement (10) geöffnet wird während das zweite Stellelement (15) noch in einem androsselnden Zustand gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellelement (15) erst dann in Abhängigkeit einer Anforderung an die Ausgangsgröße weiter geöffnet wird, wenn das erste Stellelement (10) bereits vollständig geöffnet ist.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem ersten Stellelement (10) in einer Luftzufuhr (20) der Brennkraftmaschine (1) zur Einstellung einer Füllung eines Brennraums (5) der Brennkraftmaschine (1) und mit einem zweiten Stellelement (15), mittels dem dem Brennraum (5) zugeführtes Gas in Bewegung versetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25) zur Umsetzung eines vorgegebenen Wertes für eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine (1) durch koordinierte Ansteuerung sowohl des ersten Stellelements (10) als auch des zweiten Stellelements (15) vorgesehen sind.