DE102004019300A1

DE102004019300A1 - Verfahren zur Motorsteuerung und entsprechende Motorsteuerung

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Publication number: DE102004019300A1
Application number: DE102004019300A
Authority: DE
Inventors: Jörg Larink; Jens Dr. Jeschke; Thomas Lang; Hans-Georg Dr. Nitzke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, bereitgestellt, wobei abhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors (1) entschieden wird, ob der Verbrennungsmotor (1) mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung betrieben wird. Außerdem werden Verfahren zur Motorsteuerung aufgezeigt, mit denen der Verbrennungsmotor (1) von der konventionellen in die homogene Verbrennung beziehungsweise von der homogenen in die konventionelle Verbrennung überführt wird. Schließlich wird eine Motorsteuerung (5) zur Durchführung der Verfahren zur Motorsteuerung bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Motorsteuerung, welches entscheidet, ob ein Verbrennungsmotor mit konventioneller Verbrennung oder homogener Verbrennung betrieben wird, sowie eine entsprechende Motorsteuerung. Zusätzlich betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Motorsteuerung, um den Verbrennungsmotor von der konventionellen Verbrennung in die homogene Verbrennung beziehungsweise von der homogenen Verbrennung in die konventionelle Verbrennung zu überführen sowie entsprechende Motorsteuerungen.
Bei herkömmlichen Verbrennungsverfahren eines direkt einspritzenden Verbrennungsmotors wird eine Abgasrückführung zur Reduzierung der Stickoxide eingesetzt, wodurch lokale Spitzentemperaturen in einer Zylinderladung des Verbrennungsmotors und eine Sauerstoffkonzentration in der Zylinderladung abgesenkt werden. Mit steigender Abgasrückführrate wird jedoch gleichzeitig eine Russpartikelentstehung begünstigt und eine Nachoxidation abgeschwächt, wodurch bestimmte Abgasnormen nicht mehr eingehalten werden können. Um einen Zielkonflikt zwischen der Reduzierung der Stickoxide und einer Begünstigung der Partikelentstehung zu lösen, ist eine so genannte homogene Verbrennung bei Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei wird eine große Menge gut abgekühltes Abgas in den Verbrennungsmotor zurückgeführt und eine Einspritzung sehr früh vor dem oberen Todpunkt eingeleitet. Dadurch wird eine Zeit für eine Luft-Kraftstoff-Gemischbildung innerhalb der Zylinder bis zur Zündung deutlich verlängert (Zündverzug), da einerseits ein Temperaturniveau während der Kompression sehr gering ist und andererseits Inertgase der Abgase eine Isolation zwischen Kraftstoff und Ladung bewirken. Der verlängerte Zündverzug hat wiederum zur Folge, dass eine Entstehung der Russpartikel durch eine homogenere Gemischbildung vermieden wird. Bei einer Verbrennung erwärmt sich auf Grund eines hohen Anteils des Abgases in dem Gemisch fast das gesamte Gemisch gleichmäßig, wodurch lokale Temperaturspitzen in dem Gemisch vermieden werden. Aus diesem Grund und weil ein Restsauerstoffanteil in dem Gemisch gering ist, entstehen bei der Verbrennung fast keine Stickoxide mehr. Daher weist ein Verbrennungsmotor, welcher mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, gegenüber einem Verbrennungsmotor, welcher mit der konventionellen Verbrennung betrieben wird, Vorteile hinsichtlich der im Abgas enthaltenen Emissionen auf.
Die homogene Verbrennung eignet sich insbesondere für kleine bis mittlere Lasten und Drehzahlen. Mit steigenden Drehzahlen steht immer weniger Zeit für eine homogene Gemischbildung zur Verfügung und bei hohen Lasten muss ein Kraftstoffanteil in dem Gemisch erhöht werden, was beides einer homogenen Gemischbildung entgegensteht und damit einen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors für die homogene Verbrennung beschränkt. Deshalb ist es vorteilhaft, den Verbrennungsmotor bei hohen Lasten beziehungsweise Drehzahlen mit der konventionellen Verbrennung zu betreiben. Auf Grund eines so genannten Partikelberges und eines so genannten NOx-Berges (siehe 2 und 3) ist es nicht möglich, zwischen einem Betriebszustand der homogenen Verbrennung und einem Betriebszustand der konventionellen Verbrennung kontinuierlich zu wechseln, ohne dass Russpartikelemissionen oder Stickoxidemissionen ansteigen.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, Verfahren und auf diesen Verfahren basierende Motorsteuerungen bereitzustellen, welche in der Lage sind, zwischen der homogenen Verbrennung und der konventionellen Verbrennung zu wechseln, ohne dass Russpartikelemissionen oder Stickoxidemissionen ansteigen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Motorsteuerung gemäß Anspruch 1, Anspruch 6 und Anspruch 13 sowie einer Motorsteuerung gemäß Anspruch 18 erfüllt. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Verbrennungsmotor entweder mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung betrieben werden kann. Dabei zeichnet sich die homogene Verbrennung dadurch aus, dass sich ein homogeneres Luft-Kraftstoff-Gemisch als bei der konventionellen Verbrennung bildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird abhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors entschieden, ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung oder mit der homogenen Verbrennung betrieben wird.

Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafter Weise in der Lage, den Verbrennungsmotor mit der homogenen Verbrennung, welche sich durch weniger Emissionen im Abgas bzgl. Stickoxiden und Partikeln auszeichnet, zu betreiben, wenn eine Last und eine Motordrehzahl des Verbrennungsmotors dies zulassen. Für den Fall dass die Last und die Motordrehzahl die homogene Verbrennung nicht zulassen, betreibt das Verfahren den Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren durch die Möglichkeit, zwischen konventioneller und homogener Verbrennung wechseln zu können, Vorteile gegenüber einem herkömmlichen Verfahren auf, bei welchen der Verbrennungsmotor nur mit der konventionellen Verbrennung betrieben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann abhängig von Parametern entscheiden, ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung oder mit der homogenen Verbrennung betrieben werden soll. Dabei können diese Parameter ausgewählt aus einer Gruppe sein, welche ein Solldrehmoment des Verbrennungsmotors, eine Motordrehzahl, eine Ganginformation eines mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Getriebes, eine Motorwassertemperatur, eine Ansauglufttemperatur, welche einer Temperatur einer in den Verbrennungsmotor angesaugten Luft entspricht, einen Umgebungsluftdruck, welcher einem Luftdruck der in den Verbrennungsmotor angesaugten Luft entspricht, und eine Anzahl von Umdrehungen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors nach Start des Verbrennungsmotors umfasst. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nur dann entscheidet, dass der Verbrennungsmotor mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, wenn die Motorwassertemperatur innerhalb eines ersten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und die Ansauglufttemperatur innerhalb eines zweiten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und der Umgebungsluftdruck innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs liegt und die Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors nach Start des Verbrennungsmotors größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Nur wenn die Motorwassertemperatur innerhalb des ersten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und die Ansauglufttemperatur innerhalb des zweiten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und der Umgebungsluftdruck innerhalb des vorbestimmten Druckbereichs liegt, ist gewährleistet, dass der Verbrennungsmotor derart mit der homogenen Verbrennung betrieben werden kann, dass die Emissionen des Verbrennungsmotors bei der homogenen Verbrennung unterhalb der Emissionen bei der konventionellen Verbrennung liegen. Zum Beispiel zündet der mit der homogenen Verbrennung betriebene Verbrennungsmotor zu schnell, wenn der Verbrennungsmotor zu heiß ist, was zu einer erhöhten Partikelemission führt. Deshalb ist es vorteilhaft, den Verbrennungsmotor nur unter den vorab beschriebenen Voraussetzungen mit der homogenen Verbrennung zu betreiben. In dem zusätzlich noch die Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, welche beginnend mit dem Start des Verbrennungsmotors gezählt wird, ist gewährleistet, dass der Verbrennungsmotor nur dann mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, wenn der Verbrennungsmotor sozusagen eingeschwungen ist. In einem eingeschwungenen Zustand des Verbrennungsmotors ist eine Wahrscheinlichkeit, dass Parameter des Verbrennungsmotors, wie z. B. Motorwassertemperatur, Ansauglufttemperatur und Umgebungslufttemperatur, falsch gemessen werden, im Vergleich zu einem Zustand direkt nach dem Start des Verbrennungsmotors wesentlich vermindert. Somit ist vorteilhafter Weise auch eine Wahrscheinlichkeit, dass der Verbrennungsmotor aufgrund falsch gemessener Parameter des Verbrennungsmotors fälschlicherweise mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, verringert.

Vorteilhafter Weise wird für den Fall, dass der Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung betrieben wird, nur dann entschieden, dass der Verbrennungsmotor auf die homogene Verbrennung umgeschaltet wird, wenn das Solldrehmoment unter einem unteren Schwellenwert liegt. Ähnlich wird für den Fall, dass der Verbrennungsmotor mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, vorteilhafter Weise nur dann entschieden, dass der Verbrennungsmotor auf die konventionelle Verbrennung umgeschaltet wird, wenn das Solldrehmoment über einem oberen Schwellenwert liegt. Dabei können sowohl der untere als auch der obere Schwellenwert aus der Ganginformation und der Motordrehzahl bestimmt werden.

Durch diese Hysterese, welche durch den unteren und oberen Schwellenwert gebildet wird, wird eine Wahrscheinlichkeit, dass der Verbrennungsmotor auf Grund einer Veränderung des Solldrehmoments häufig zwischen homogener und konventioneller Verbrennung hin und her geschaltet wird, verringert. Dabei wird diese Wahrscheinlichkeit umso mehr verringert, je größer die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Motorsteuerung bereitgestellt, durch das von der konventionellen Verbrennung auf die homogene Verbrennung des Verbrennungsmotors umgeschaltet wird. Dabei wird in einem ersten Schritt ein Sollwert einer Abgasrückführrate erhöht und in einem zweiten Schritt, welcher dem ersten Schritt zeitlich nachfolgt, ein Förderbeginn für den Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoff sprunghaft auf einen vorbestimmten Wert eingestellt.

Indem ausgehend von einem mit konventioneller Verbrennung betriebenen Verbrennungsmotor die Abgasrückführrate bei gleich bleibendem Förderbeginn erhöht wird, steigt zwar die Russpartikelemission geringfügig an, aber die Stickoxidbildung wird reduziert. Dadurch wird erfindungsgemäß abgewartet, bis die Abgasrückführrate entsprechend angestiegen ist, ohne dass sich die Emissionen des Verbrennungsmotors in der Summe verschlechtern. Indem erst nach dem ersten Schritt der Förderbeginn sprunghaft auf den vorbestimmten Wert eingestellt wird, kann der Verbrennungsmotor erfindungsgemäß von der konventionellen zur homogenen Verbrennung überführt werden, ohne dass bei dem Übergang die Emissionen in der Summe ansteigen.

Dabei kann der zweite Schritt erst dann eingeleitet werden, wenn eine Differenz zwischen dem Sollwert und einem Istwert der Abgasrückführrate unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt.

Indem erst wenn die Abgasrückführrate oberhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt beziehungsweise die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Abgasrückführrate unterhalb dem vorbestimmten Schwellenwertes liegt, der Förderbeginn sprunghaft auf den vorbestimmten Wert eingestellt wird, ist sichergestellt, dass sich der Verbrennungsmotor in einem Zustand befindet, in dem eine Überführung von der konventionellen zur homogenen Verbrennung in der Summe zu keinem Anstieg der Emissionen führt.

Dabei können die Erhöhung des Sollwertes der Abgasrückführrate einer Erhöhung von 10% bis 15% (10 bis 15 Prozentpunkte) und der vorbestimmte Wert für den Kraftstoff-Förderbeginn mehr als 30° eines Kurbelwellenwinkels vor einem oberen Todpunkt einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors entsprechen.

Messungen (siehe 2 und 3) haben gezeigt, dass die in diesem Bereich liegende Abgasrückführrate sowie der vorbestimmte Werte für den Kraftstoff-Förderbeginn zu optimal niedrigen Emissionen bei der homogenen Verbrennung führen.

Vorteilhafter Weise wird in dem zweiten Schritt der Förderbeginn nur dann sprunghaft geändert, wenn ein vorbestimmtes Zeitintervall, welches von der Motordrehzahl abhängig sein kann, seit einer Einleitung des ersten Schrittes verstrichen ist.

Da ein Messen der Abgasrückführrate relativ aufwändig ist, ist ein Verfahren, welches nach Ablaufen des vorbestimmten Zeitintervalls den zweiten Schritt eingeleitet, d. h. den Förderbeginn sprunghaft ändert, gegenüber einem Verfahren, welches das Einleiten des zweiten Schrittes von dem Messen der Abgasrückführrate abhängig macht, kostengünstiger.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur Motorsteuerung bereitgestellt, wobei der Verbrennungsmotor von der homogenen Verbrennung auf die konventionelle Verbrennung umgeschaltet wird, indem der Sollwert der Abgasrückführrate verringert und der Förderbeginn auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.

Im Gegensatz zur Umschaltung von der konventionellen auf die homogene Verbrennung werden bei der Umschaltung von der homogenen auf die konventionelle Verbrennung der Sollwert der Abgasrückführrate und der Förderbeginn gleichzeitig geändert. Dies ist möglich, da bei dem für die konventionelle Verbrennung üblichen früheren Förderbeginn die Emissionen nicht so stark von der Abgasrückführrate, welche sich erst mit der Zeit dem Sollwert nähert, abhängen.

Dabei kann der vorbestimmte Wert für den Förderbeginn weniger als 10° vor dem oberen Todpunkt liegen.

Alle bisher beschriebenen Verfahren können vorteilhaft für einen Dieselmotor eingesetzt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, welche derart ausgestaltet ist, dass sie abhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors entscheidet, ob sie den Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung oder mit der homogenen Verbrennung betreibt. Dabei ist die Motorsteuerung vorzugsweise zur Durchführung der vorab beschriebenen Verfahren ausgestaltet.

Die vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann auch bei anderen Verbrennungsmotoren, wie z. B. einem Ottomotor, eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.
1 stellt schematisch einen Dieselmotor mit einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung dar.
2 stellt eine relative Russzahl über einem Kraftstoff-Förderbeginn dar.
3 stellt eine relative Stickoxidmenge über dem Kraftstoff-Förderbeginn dar.
In 1 ist schematisch ein Dieselmotor 1 mit einem Zylinderblock 2, einem Abgasrückführungsventil 3 und einem Verdichter 4 dargestellt. Dabei wird der Dieselmotor 1 von einer Motorsteuerung 5 gesteuert. Die Motorsteuerung 5 steuert unter anderem einen Kraftstoff-Förderbeginn, welcher mit 2 und 3 detaillierter beschrieben wird, und mithilfe des Abgasrückführungsventils 3 eine Abgasrückführrate. Dadurch ist die Motorsteuerung 5 in der Lage den Dieselmotor 1 entweder mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung, welche sich dadurch auszeichnet, dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches zur Zündung in jeden Zylinder eingeführt wird, homogener beziehungsweise gleichmäßiger als bei der konventionellen Verbrennung ist, zu betreiben. Selbstverständlich ist die Motorsteuerung 5 auch in der Lage, den Dieselmotor 1 von der konventionellen Verbrennung in die homogene Verbrennung beziehungsweise von der homogenen Verbrennung in die konventionelle Verbrennung zu überführen.
In der 2 ist eine relative Russzahl gegenüber dem Förderbeginn aufgetragen. Der Förderbeginn beschreibt einen Zeitpunkt, zu welchem das Luft-Kraftstoff-Gemisch einem Zylinder des Dieselmotors 1 zugeführt wird. Dabei wird der Förderbeginn mit einer Gradzahl eines Winkels einer Kurbelwelle des Dieselmotors 1 beschrieben. Die Gradzahl gibt einen Winkel zwischen einer Stellung der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Förderbeginns (Einführung des Luft-Kraftstoff-Gemisches) und einer Stellung der Kurbelwelle zum Todpunkt an, wobei der Todpunkt einer Stellung der Kurbelwelle entspricht, zu der die Kurbelwelle die höchste Auslenkung aufweist. Dabei weist eine Stellung vor dem Todpunkt eine negative Gradzahl des Winkels auf. Der Förderbeginn für die konventionelle Verbrennung liegt üblicherweise bei –5 °.
Die relative Russzahl ist für einen bestimmten Arbeitspunkt, welcher durch den Förderbeginn und die Abgasrückführrate definiert ist auf 1 normiert. Mit der relativen Russzahl werden die Russpartikel im Verhältnis zu den Russpartikeln für den bestimmten Arbeitspunkt angegeben. Die relative Russzahl von 2 bedeutet z. B., dass doppelt so viele Russpartikel wie bei der Russzahl 1 vorhanden sind.
In 2 sind eine erste und eine zweite Kurve 11, 12 dargestellt. Dabei entspricht die erste Kurve 11 der relativen Russzahl über dem Förderbeginn bei der Abgasrückführrate von 60% und die zweite Kurve 12 der relativen Russzahl über dem Förderbeginn bei der Abgasrückführrate von 40%. Aus 2 ist ersichtlich, dass die relative Russzahl bei der konventionellen Verbrennung (Förderbeginn = –5°) bei der Abgasrückführrate von 40% 1,00 und bei der Abgasrückführrate von 60% 2,00 beträgt. Man erkennt weiter, dass bei einer Verringerung des Förderbeginns die relative Russzahl ansteigt, wobei der Anstieg bei der Abgasrückführrate von 60% größer ist. Erst bei dem Förderbeginn von –35° liegt die relative Russzahl sowohl für die Abgasrückführrate von 60% als auch für die Abgasrückführrate von 40% unterhalb oder auf den Werten, welche bei der konventionellen Verbrennung erzielt werden.
3 stellt eine dritte und eine vierte Kurve 13,14 dar. Dabei entspricht die dritte Kurve 13 einer relativen Stickoxidmenge über dem Förderbeginn bei der Abgasrückführrate von 40% und die vierte Kurve 14 der relativen Stickoxidmenge über dem Förderbeginn bei der Abgasrückführrate von 60%. In 3 ist an Stelle der relativen Russzahl eine relative Stickoxidmenge über dem Förderbeginn angegeben. Wie aus 3 ersichtlich ist, beträgt die relative Stickoxidmenge für die konventionelle Verbrennung (Förderbeginn = –5°) bei einer Abgasrückführrate von 40% 2,00 und bei der Abgasrückführrate von 60% ungefähr 1,2. Während die relative Stickoxidmenge für die Abgasrückführrate von 60% mit, früherem Förderbeginn nahezu unverändert bleibt beziehungsweise leicht sinkt, steigt sie für die Abgasrückführrate von 40% steil an und liegt auch für den Förderbeginn von – 35° noch nicht auf einem Niveau, welches sie bei der konventionellen Verbrennung besitzt.
Bei der konventionellen Verbrennung ist der Förderbeginn auf –5° eingestellt, wie bereits vorab beschrieben wurde, während die Abgasrückführrate üblicherweise an diesem Betriebspunkt bei 40% liegt. Dagegen erfordert eine homogene Verbrennung eine Abgasrückführrate von ca. 60% und einen Förderbeginn von ungefähr –35°. Durch den früheren Förderbeginn hat das Luft-Kraftstoff-Gemisch bis zur Verbrennung, welche üblicherweise im Todpunkt der Kurbelwelle stattfindet, genügend Zeit, sich homogen beziehungsweise gleichmäßig zu vermischen.
Angenommen bei der Überführung von der konventionellen Verbrennung in die homogene Verbrennung würde gleichzeitig der Sollwert der Abgasrückführrate von 40% auf 60% erhöht und der Förderbeginn von –5° auf –35° gestellt. Während eine sprunghafte Änderung des Förderbeginns möglich ist, folgt die Abgasrückführrate dem Sollwert nur verzögert. Dies liegt zum einen an einer Trägheit von Stellgliedern, wie z. B. dem Abgasrückführungsventil 3, aber insbesondere an Eigenschaften einer Luftstrecke vom Abgasrückführungsventil 3 zum Zylinderblock 2. Deshalb führt eine gleichzeitige Änderung beider Werte nach 3 dazu, dass die relative Stickoxidmenge um 50% auf 3,00 ansteigt, da die Abgasrückführrate kurz nach der Umstellung noch auf 40% verharrt. Erst wenn die Abgasrückführrate auf 60% angestiegen ist, liegt die relative Stickoxidmenge um 50% unterhalb des für die konventionelle Verbrennung üblichen Wertes. Ein weiterer Nachteil der gleichzeitigen Änderung ist, dass bei einer Abgasrückführrate von 40% und einem früheren Förderbeginn (–35°) die Verbrennung auf Grund eines kleinen Zünderverzuges, d. h. einer frühzeitigen Zündung auf Grund einer relativ hohen Sauerstoffkonzentration in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, weit vor dem Todpunkt eintritt, wodurch Verbrennungsgeräusche stark zunehmen. Um dem entgegenzuwirken, müsste der Förderbeginn zumindest kurzzeitig später eingeleitet werden. Dadurch würden allerdings sowohl die relative Stickoxidmenge als auch die relative Russzahl weiter ansteigen.
Aus diesen Gründen steigert die Motorsteuerung 5 bei einer Überführung der konventionellen Verbrennung in die homogene Verbrennung in einem ersten Schritt nur den Sollwert der Abgasrückführrate um 20% (20 Prozentpunkte) auf 60%. Wie aus 2 und 3 zu erkennen ist, führt eine Erhöhung der Abgasrückführrate von 40% auf 60% bei der konventionellen Verbrennung (Förderbeginn = –5°) zu einer Verdopplung der relativen Russzahl, während die relative Stickoxidmenge nahezu halbiert wird, was bedeutet, dass die Emissionen in der Summe ungefähr gleich bleiben. Wenn die Abgasrückführrate 60% beträgt, was dem Sollwert der Abgasrückführrate entspricht, verstellt die Motorsteuerung 5 in einem zweiten Schritt den Förderbeginn sprunghaft auf –35°, wodurch der Dieselmotor 1 in die homogene Verbrennung überführt wird. Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, wird durch diesen zweiten Schritt die relative Russzahl halbiert und auch die relative Stickoxidmenge um ca. 20% gesenkt.
Dagegen ist ein Wechsel von der homogenen zu der konventionellen Verbrennung vergleichsweise einfach. Hierbei können der Sollwert der Abgasrückführrate (von 60% auf 40%) und der Förderbeginn (von –35° auf –5°) gleichzeitig umgeschaltet werden. Da die Abgasrückführrate direkt nach der Umschaltung noch bei 60% verharrt, ist die Sauerstoffkonzentration in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch geringer als bei der konventionellen Verbrennung vorgesehen ist, was zu einem verlängerten Zündverzug führt. Um dem entgegenzuwirken, kann der Förderbeginn dynamisch korrigiert werden.

1: Dieselmotor
2: Zylinderblock
3: Abgasrückführungsventil
4: Verdichter
5: Motorsteuerung
11: relative Russzahl bei einer Abgasrückführrate von 60%
12: relative Russzahl bei einer Abgasrückführrate von 40%
13: relative Stickoxidmenge bei einer Abgasrückführrate von 40%
14: relative Stickoxidmenge bei einer Abgasrückführrate von 60%

Claims

Verfahren zur Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung, welche sich durch eine im Vergleich zur konventionellen Verbrennung homogenere Luft-Kraftstoff-Gemischbildung auszeichnet, betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors (1) entschieden wird, ob der Verbrennungsmotor (1) mit der konventionellen Verbrennung oder mit der homogenen Verbrennung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von mindestens einem Parameter, welcher ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Solldrehmoment des Verbrennungsmotors, Motordrehzahl, Ganginformation eines mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Getriebes, Motorwassertemperatur, eine Ansauglufttemperatur, welche einer Temperatur einer in den Verbrennungsmotor (1) angesaugten Luft entspricht, einen Umgebungsluftdruck, welcher einem Luftdruck der in den Verbrennungsmotor (1) angesaugten Luft entspricht, eine Anzahl von Umdrehungen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) nach Start des Verbrennungsmotors (1) entschieden wird, ob der Verbrennungsmotor (1) mit der konventionellen Verbrennung oder mit der homogenen Verbrennung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur dann entschieden wird, dass der Verbrennungsmotor (1) mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, wenn die Motorwassertemperatur innerhalb eines ersten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und/oder die Ansauglufttemperatur innerhalb eines zweiten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und/oder der Umgebungsluftdruck innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs liegt und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) nach Start des Verbrennungsmotors (1) größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung betrieben wird, nur dann entschieden wird, dass der Verbrennungsmotor (1) auf die homogene Verbrennung umgeschaltet wird, wenn das Solldrehmoment unter einem unteren Schwellenwert liegt, und dass für den Fall, dass der Verbrennungsmotor mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, nur dann entschieden wird, dass der Verbrennungsmotor (1) auf die konventionelle Verbrennung umgeschaltet wird, wenn das Solldrehmoment über einem oberen Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/oder der obere Schwellenwert aus der Ganginformation und der Motordrehzahl bestimmt wird.
Verfahren zur Motorsteuerung, wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung, welche sich durch eine im Vergleich zur konventionellen Verbrennung homogenere Luft-Kraftstoff-Gemischbildung auszeichnet, betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass von der konventionellen Verbrennung auf die homogene Verbrennung umgeschaltet wird, indem in einem ersten Schritt ein Sollwert einer Abgasrückführrate erhöht wird und indem in einem zweiten dem ersten Schritt folgenden Schritt ein Förderbeginn für dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführenden Kraftstoff sprunghaft auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt erst dann der Förderbeginn sprunghaft auf den vorbestimmten Wert eingestellt wird, wenn eine Differenz zwischen dem Sollwert und einem Istwert der Abgasrückführrate unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Sollwerts abhängig von einem Solldrehmoment und von der Motordrehzahl gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Sollwerts einer Erhöhung von 10% bis 15% entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert für den Kraftstoff-Förderbeginn mehr als 30° eines Kurbelwellenwinkels vor einem oberen Todpunkt einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt der Förderbeginn erst dann sprunghaft geändert wird, wenn ein vorbestimmtes Zeitintervall seit einer Einleitung des ersten Schrittes verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Zeitintervall von der Motordrehzahl abhängig ist.
Verfahren zur Motorsteuerung, wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung, welche sich durch eine im Vergleich zur konventionellen Verbrennung homogenere Luft-Kraftstoff-Gemischbildung auszeichnet, betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass von der homogenen Verbrennung auf die konventionelle Verbrennung umgeschaltet wird, indem ein Sollwert einer Abgasrückführrate verringert und ein Förderbeginn für dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführenden Kraftstoff auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Sollwerts abhängig von einem Solldrehmoment und von einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Sollwerts einer Verringerung von 10% bis 15% entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–15, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert für den Kraftstoff-Förderbeginn weniger als 10° eines Kurbelwellenwinkels vor einem oberen Todpunkt einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor (1) ist.
Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung, welche sich durch eine im Vergleich zur konventionellen Verbrennung homogenere Luft-Kraftstoff-Gemischbildung auszeichnet, betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (5) derart ausgestaltet ist, dass sie abhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors (1) entscheidet, ob sie den Verbrennungsmotor (1) mit der konventionellen Verbrennung oder mit der homogenen Verbrennung betreibt.
Motorsteuerung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–17 ausgestaltet ist.