Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine, das eine hohe Laufruhe und/oder einen
möglichst hohen
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ermöglicht, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des
Verfahrens anzugeben.
Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale jeweils gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht von einer Brennkraftmaschine aus, in deren Ansaugbereich eine
Zuluft-Verstellvorrichtung angeordnet ist. Der Brennkraftmaschine
ist eine Zündanlage
zugeordnet, deren Zündwinkel
variabel ist. Weiterhin ist eine Steuerung oder Regelung der Luftzahl
Lambda des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass wenigstens eine Stellgröße der Brennkraftmaschine
vom aktuell vorliegenden Brennraum-Lambda unmittelbar beeinflusst
wird.
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
erhöht
die Eingriffsmöglichkeiten
in die Steuerung der Brennkraftmaschine, die zu einer Optimierung
des Laufverhaltens insbesondere im Hinblick auf die Laufruhe und/oder
im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine herangezogen
werden können.
Dementsprechend
ist gemäß einer
ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise vorgesehen,
dass die Stellgröße bei Änderungen
des Brennraum-Lambdas zur Optimierung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine
festgelegt wird. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass das Brennraum-Lambda
die Verbrennungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs beeinflusst
und somit einen Einfluss auf den optimalen Zündwinkel hat. Bei einer Anfettung
verschiebt sich der wirkungsgrad-optimale Zündwinkel in Richtung spät, während er
sich bei einer Abmagerung in Richtung früh verschiebt.
Dementsprechend
ist weiterhin gemäß einer zweiten
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
vorgesehen, dass die Stellgröße bei Änderungen
des Brennraum-Lambdas
zur Minimierung der Änderungen
des von der Brennkraftmaschine bereitgestellten Drehmoments festgelegt
wird. Diese Ausgestaltung berücksichtigt,
dass die Brennkraftmaschine bei einer Anfettung des Luft-Kraftstoff-Gemischs
ein höheres
Drehmoment und bei einer Abmagerung ein geringeres Drehmoment bereitstellen
kann. In Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere
in Abhängigkeit
von der Drehzahl, können
sich die Änderungen
des Drehmoments unangenehm durch eine erhöhte Laufunruhe bemerkbar machen.
Besonders
vorteilhaft ist eine Kombination der ersten und zweiten Ausgestaltung,
da während der
Mager-Halbwelle der Lambda-Regelschwingung der nicht wirkungsgradoptimale
Zündwinkel
dazu führt,
dass der Drehmomenteinbruch aufgrund der Abmagerung durch den nicht
zum mageren Kraftstoffluft-Kraftstoff-Gemisch passenden Zündwinkel zusätzlich verstärkt wird.
Mit der Kombination können vorrangig
die Drehmomentänderungen
minimiert und gleichzeitig ein relatives Optimum des Wirkungsgrads
erzielt werden.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Drehmomentreserve aufgebaut
wird, dadurch, dass der Brennkraftmaschine mehr Luft zur Verfügung gestellt
wird als zur wirkungsgradoptimalen Umsetzung eines vorgegebenen
Drehmoment-Sollwerts notwendig wäre.
Die Beeinflussung der Zuluft erfolgt mit der Zuluft-Verstellvorrichtung.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Brennraum-Lambda berechnet
wird. Mit dieser Maßnahme
kann sichergestellt werden, dass die Stellgröße rechtzeitig in den Verbrennungsvorgang
eingreifen kann. Die Berechnung kann auf der Grundlage der bekannten
relativen Luftfüllung
und der bekannten, für
den Verbrennungsvorgang vorgesehenen Kraftstoffmasse ermittelt werden.
Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass als Stellgröße der Zündwinkel in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda variiert wird. Die Veränderung des Zündwinkels
ist sehr schnell durchführbar
und kann für
jeden einzelnen Verbrennungsvorgang angepasst werden.
Alternativ
oder zusätzlich
zur Variation des Zündwinkels
kann in die Gemischbildung mit der Zuluft-Verstellvorrichtung eingegriffen
werden. Sofern eine variable Ventilsteuerung vorgesehen ist, kann ein
Ventil-Verstellsignal in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda
variiert werden. Sofern eine Drosselklappe vorhanden ist, kann alternativ
oder zusätzlich mit
einem Zuluft-Verstellvorrichtungs-Steuersignal die Position der
Drosselklappe in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda variiert werden.
Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass der Zündwinkel, bezogen auf den optimalen
Zündwinkel,
bei dem die Brennkraftmaschine den höchsten Wirkungsgrad aufweist,
in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda stets eine Spätverschiebung aufweist, wobei
die Spätverschiebung
mit abnehmendem Brennraum-Lambda größer wird. Mit dieser Maßnahme wird
eine Drehmomentreserve sichergestellt, auf die durch ein variables
Zurücknehmen
der Spätverstellung
des Zündwinkels
zurückgegriffen
werden kann.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Betriebsstrategien,
die Optimierung auf höchsten
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und die Optimierung der Laufruhe,
in Abhängigkeit
von wenigstens einer Betriebskenngröße oder in Abhängigkeit
vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgewählt werden.
Vorzugsweise wird im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Optimierung
der Laufruhe in den Vordergrund gestellt, um einen stabilen Leerlaufbetrieb
sicher zu stellen, während
bei höheren
Drehzahlen eine Wirkungsgrad-Optimierung im Vordergrund stehen kann.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrifft zunächst
ein Steuergerät,
das zur Durchführung
des Verfahrens hergerichtet ist.
Das
Steuergerät
enthält
insbesondere eine Brennraum-Lambda-Ermittlung zum Ermitteln des Brennraum-Lambdas
sowie eine Zündwinkel-Ermittlung
zum Bereitstellen eines variablen Zündwinkels.
Das
Steuergerät
enthält
vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in dem die
Verfahrensschritte als Computerprogramm abgelegt sind.
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und
aus der folgenden Beschreibung.
Zeichnung
1 zeigt
ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren
abläuft, 2 zeigt
eine Kraftstoffsignal-Ermittlung, 3 zeigt
einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem Zündwinkel und einem Wirkungsgrad
einer Brennkraftmaschine, 4 zeigt
einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Luftzahl Lambda und dem
Lambda-Wirkungsgrad, 5 zeigt eine Zündwinkel-Ermittlung
und 6 zeigt eine Drehmoment-Zündwinkelkorrektur-Ermittlung.
1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine
Zuluft-Erfassung 12 sowie
eine Zuluft-Verstellvorrichtung 13 und in deren Abgasbereich 14 ein
Lambdasensor 15 sowie ein Katalysator 16 angeordnet
sind.
Die
Zuluft-Erfassung 12 gibt an ein Steuergerät 17 ein
Luftsignal msdk, die Brennkraftmaschine 10 ein Drehzahlsignal
n und der Lambdasensor 15 ein Lambdasignal lam-mess ab.
Der Steuerung 17 werden ein Drehmoment-Sollsignal mi-soll
sowie ein Spannungssignal UBatt zur Verfügung gestellt. Die Steuerung 17 gibt
an eine Kraftstoff- Zumessvorrichtung 18 ein
Kraftstoffsignal ti, an eine Zündanlage 19 ein
Zündsignal
zws an eine Ventilverstellung 20 ein Ventil-Verstellsignal
v und an die Zuluft-Verstellvorrichtung 13 ein
Zuluft-Verstellvorrichtungs-Steuersignal wdks ab. Die Ventilverstellung 20 ist
eine Alternative oder Ergänzung
zur Zuluft-Verstellvorrichtung 13.
2 zeigt
eine Kraftstoffsignal-Ermittlung 30, der das Lambdasignal
lam-mess, ein Lambda-Sollwert lam-soll, das Luftsignal msdk, das
Drehzahlsignal n sowie das Spannungssignal UBatt zugeführt werden.
Das Lambdasignal lam-mess sowie der Lambda-Sollwert lam-soll werden einem Lambdaregler 31 zur
Verfügung
gestellt, der eine Stellgröße fr ermittelt,
die einem ersten Multiplizierer 32 zugeleitet wird, der
die Stellgröße fr mit
einem Aufschaltsignal 33 multipliziert und das Ergebnis
an einen zweiten Multiplizierer 34 weiterleitet.
Das
Luftsignal msdk sowie das Drehzahlsignal n werden einem Modell 35 zugeleitet,
das eine relative Luftfüllung
rl ermittelt, die einem ersten Dividierer 36 und einer
Brennraum-Lambda-Ermittlung 37 zugeführt wird.
Der erste Dividierer 36 dividiert die relative Luftfüllung rl
durch den Lambda-Sollwert lam-soll und stellt eine relative Kraftstoff-Rohmasse rKroh zur
Verfügung,
die im zweiten Multiplizierer 34 mit der gegebenenfalls
modifizierten-Stellgröße fr multipliziert
wird. Das Ergebnis ist eine relative Kraftstoffmasse rK, die sowohl
der Brennraum-Lambda-Ermittlung 37 als auch einer Umrechnung 38 zugeführt wird.
Die erste Umrechnung 38 stellt zumindest unter Berücksichtigung
des Batteriesignals UBatt das Kraftstoffsignal ti bereit.
3 zeigt
den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Zündwinkel zw und dem Wirkungsgrad
eta-Bkm der Brennkraftmaschine 10. Ein erster Verlauf 40 zeigt
den Verlauf des Wirkungsgrads eta-Bkm der Brennkraftmaschine 10 bei
einem Brennraum-Lambda
lam-ist beispielsweise = 1. Der optimale Zündwinkel zwopt-lam1 für ein Brennraum-Lambda
lam-ist = 1 liegt beispielsweise bei 20 Grad vor dem oberen Totpunkt
OT des Zylinders. Gezeigt sind die Richtungen für eine Spätverstellung und eine Frühverstellung
des Zündwinkel
zw. Eingetragen ist ein zweiter Verlauf 41 für ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch
und ein dritter Verlauf 42 für ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch.
4 zeigt
einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Luftzahl Lambda lam
und dem Lambda-Wirkungsgrad eta-lam. Die Größe eta-lam ist kein Energie-Umsetzungs-Wirkungsgrad im thermodynamischen
Sinn. Die Größe eta-lam
gibt an, wie viel Prozent des Drehmoments der Brennkraftmaschine 10 bezogen
auf eine Luftzahl Lambda = 1 bei dem tatsächlich vorliegenden Brennraum-Lambda noch
erzielbar sind. Ein vierter Verlauf 51 gibt die Verhältnisse
bei einem optimalen Zündwinkel
zw für
eine mittlere Luftzahl Lambda beispielsweise = 1 wieder und ein
fünfter
Verlauf 52 gibt die Verhältnisse bei einem optimalen
Zündwinkel
zw für
das tatsächlich
vorliegende Brennraum-Lambda lam-ist
wieder.
5 zeigt
eine Zündwinkel-Ermittlung 60, welcher
die relative Luftfüllung
rl, das Drehzahlsignal n sowie das Brennraum-Lambda lam-ist zur
Verfügung
gestellt werden. In einem Kennfeld 61 wird aus der relativen
Luftfüllung
rl und dem Drehzahlsignal n ein optimaler Zündwinkel zwopt-lam1 für eine mittlere Luftzahl
Lambda = 1 ermittelt, der einem ersten Addierer 62 zugeführt wird,
der zum optimalen Zündwinkel
zwopt-lam1 für
die mittlere Luftzahl Lambda = 1 eine Zündwinkel-Verschiebung dzwopt
addiert, die in einer ersten Kennlinie 63 aus dem Brennraum-Lambda
lam-ist ermittelt wird. Der erste Addierer 62 gibt den
optimalen Zündwinkel
zwopt für
das tatsächlich vorliegende
Brennraum-Lambda lam-ist aus.
Ein
zweiter Addierer 64 kann zum optimalen Zündwinkel
zwopt eine Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur
dzwmi addieren, die von der in 6 gezeigten
Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur 70 bereitgestellt
wird.
6 zeigt
die Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur 70,
der die relative Luftfüllung
rl, das Drehzahlsignal n sowie das Brennraum-Lambda lam-ist zugeführt werden.
In einer Berechnungseinheit 71 wird das optimale Drehmoment
miopt-lam1 bei einer mittleren Luftzahl Lambda beispielsweise = 1
berechnet, das einem dritten Multiplizierter 72 zugeführt wird,
der das optimale Drehmoment miopt-lam1 bei einer mittleren Luftzahl
Lambda = 1 mit dem Lambda-Wirkungsgrad eta-lam multipliziert, der in
einer zweiten Kennlinie 73 aus dem Brennraum-Lambda lam-ist
ermittelt wird. Das Ergebnis ist das Drehmoment mi der Brennkraftmaschine 10,
das in einem Summierer 76 mit dem Drehmoment-Sollwert mi-soll
verglichen und das einem zweiten Dividierer 74 zur Verfügung gestellt
wird. Die vom Summierer 73 ermittelte Drehmoment-Differenz
dmi zwischen dem Drehmoment mi und dem Drehmoment-Sollwert mi-soll
wird in einem zweiten Dividierer 74 auf eine Wirkungsgradänderung
d-eta normiert, aus der in einer dritten Kennlinie 75 die
Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur
dzwmi ermittelt wird.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
arbeitet folgendermaßen:
Das
in 1 gezeigte Steuergerät 17 legt in Abhängigkeit
vom Drehmoment-Sollwert mi-soll, der beispielsweise von einem nicht
näher gezeigten
Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Luft
mit der Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 fest.
Bei der Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 handelt
es sich beispielsweise um eine Drosselklappe 13, die mit
dem Zuluft-Verstellvorrichtungs-Steuersignal
wdks angesteuert wird. Bei der Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 kann
es sich alternativ oder zusätzlich
um die Ventilverstellung 20 handeln, die mit dem Ventil-Verstellsignal v angesteuert
wird. Eine weitere Alternative einer Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 kann
eine im Ansaugbereich 11 angeordnete Blende sein, die beispielsweise
von einem nicht näher
gezeigten Nockenwellenantrieb betätigt wird. Insbesondere legt
das Steuergerät 17 das
Kraftstoffsignal ti fest, das der Kraftstoff-Zumessvorrichtung 18 zur Verfügung gestellt wird.
Das Kraftstoffsignal ti legt beispielsweise eine Öffnungszeit
für wenigstens
ein in der Kraftstoff-Zumessvorrichtung 18 enthaltenes
Kraftstoff-Einspritzventil fest.
Weiterhin
enthält
die Steuerung 17 den Lambdaregler 31, der das
Kraftstoffsignal ti derart beeinflusst, dass der vorgegebene Lambda-Sollwert lam-soll
eingehalten wird. Der Lambdaregler 31 vergleicht den vorgegebenen
Lambda-Sollwert lam-soll mit dem vom Lambdasensor 15 bereitgestellten Lambdasignal
lam-mess.
Der
Lambdasensor 15 kann beispielsweise stromaufwärts vor
der Abgasbehandlungsvorrichtung 16 und/oder stromabwärts nach
der Abgasbehandlungsvorrichtung 16 angeordnet sein. Vorzugsweise ist
sowohl stromaufwärts
vor und stromabwärts
nach der Abgasbehandlungsvorrichtung 16 jeweils ein Lambdasensor 15 angeordnet,
wobei das Lambdasignal lam-mess des stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung 16 angeordneten
Lambdasensors vom Signal des stromabwärts nach der Abgasbehandlungsvorrichtung 16 angeordneten
Lambdasensors korrigiert wird.
Anstelle
des Lambdareglers 31 kann eine Lambda-Steuerung vorgesehen
sein, der nur der Lambda-Sollwert lam-soll zugeführt wird. Bei dieser Ausgestaltung
ist kein Lambdasensor 15 erforderlich.
Der
Katalysator 16 ist beispielsweise ein separates Bauteil
oder integriert beispielsweise in einem Partikelfilter enthalten.
Der Lambda-Sollwert lam-soll wird vorzugsweise auf das Konvertierungsfenster
des Katalysators 16 abgestimmt. Das Aufschaltsignal 33 kann
beispielsweise zur Diagnose des Katalysators 16 der Stellgröße fr überlagert
werden. Der Katalysator 16 ist für das erfindungsgemäße Verfahren
nicht erforderlich und kann daher entfallen.
Der
Lambdaregler 31 ermittelt die Stellgröße fr, die zur Korrektur der
zunächst
ermittelten relativen Kraftstoff-Rohmasse rKroh im zweiten Multiplizierer 34 vorgesehen
ist. Die Stellgröße fr kann
alternativ von der Lambda-Steuerung bereitgestellt werden. Die Kraftstoff-Rohmasse
rKroh wird aus der relativen Luftfüllung rl durch Division mit
dem Lambda-Sollwert lam-soll im ersten Dividierer 36 festgelegt.
Die Umrechnung 38 ermittelt aus der relativen Kraftstoffmasse
rK das Kraftstoffsignal ti, das beispielsweise eine Öffnungsdauer
für wenigstens
ein in der Kraftstoff-Zumessvorrichtung 18 vorhandenes
Kraftstoff-Einspritzventil festgelegt. Die erste Umrechnung 38 berücksichtigt
beispielsweise das die Batteriespannung widerspiegelnde Batteriesignal
UBatt, weil die Batteriespannung einen Einfluss auf den Kraftstoffdruck
und die Öffnungsdauer
des Kraftstoff-Einspritzventils
und somit auf die Kraftstoffmenge haben kann.
Die
relative Luftfüllung
rl gibt die tatsächliche Luftfüllung in
einem Zylinder bezogen auf die maximal mögliche Luftfüllung für einen
Arbeitstakt des Zylinders an. Die relative Luftfüllung rl wird im Modell 35 aus
dem von der Zuluft-Erfassung 12 bereitgestellten Luftsignal
msdk und dem Drehzahlsignal n ermittelt. Das Modell 35 berücksichtigt
insbesondere dynamische Vorgänge
im Ansaugbereich 11 der Brennkraftmaschine 10.
Die Zuluft-Erfassung 12 erfasst beispielsweise eine Luftmenge
oder eine Luftmasse. Die Zuluft-Erfassung 12 kann als Sensor
realisiert sein. Als Luftsignal msdk kann alternativ die Position einer
gegebenenfalls vorhandenen Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 herangezogen
werden. Das Luftsignal msdk kann von einem im Ansaugbereich 11 angeordneten,
nicht näher
gezeigten Drucksensor, vorzugsweise unter Berücksichtigung der Temperatur der
Ansaugluft, abgeleitet werden.
Aus
der relativen Kraftstoffmasse rK und der relativen Luftfüllung rl
kann die Brennraum-Lambda-Ermittlung 37 bereits das erwartete
Brennraum-Lambda lam-ist berechnen, das der weiteren Vorgehensweise
zugrunde gelegt wird.
Aus
dem in 3 wiedergegebenen funktionalen Zusammenhang zwischen
dem Zündwinkel
zw und dem Wirkungsgrad eta-Bkm der Brennkraftmaschine 10 ist
anhand der drei Verläufe 40, 41, 42 gezeigt,
dass der zu einem optimalen Wirkungsgrad eta-Bkm der Brennkraftmaschine 10 führende Zündwinkel
zw vom Brennraum-Lambda lam-ist abhängt. Gegenüber dem ersten Verlauf 40,
der für
eine mittlere Luftzahl Lambda beispielsweise = 1 gilt, verschiebt
sich der optimale Zündwinkel
bei einer mageren Verbrennung in Richtung früh und bei einer fetten Verbrennung
in Richtung spät.
Die drei Verläufe 40, 41, 42 können in
einfacher Näherung
als nach unten geöffnete
Parabeln angesehen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist angenommen,
dass der maximale Wirkungsgrad eta-Bkm der Brennkraftmaschine 10 bei
einer mittleren Luftzahl Lambda = 1 bei einem optimalen Zündwinkel
zwopt-lam1 von 20 Grad vor dem oberen Totpunkt OT des Zylinders
liegt.
Aus
dem in 4 gezeigten funktionalen Zusammenhang zwischen
der Luftzahl Lambda lam und dem Lambda-Wirkungsgrad eta-lam ist
zu erkennen, dass der fünfte
Verlauf 52, der für
einen optimalen Zündwinkel
zw für
das tatsächlich
vorhandene Brennraum-Lambda
lam-ist gilt, bei einer von 1 abweichenden Luftzahl Lambda oberhalb
des vierten Verlaufs 51 liegt, der für den optimalen Zündwinkel zw
für ein
mittleres Lambda = 1 gilt. Der dargestellte Lambda-Wirkungsgrad
eta-lam besagt, dass bei einer Luftzahl Lambda lam beispielsweise
= 2 das erzielbare Drehmoment mi der Brennkraftmaschine 10 nur
noch die die Hälfte
gegenüber
dem bei einer Luftzahl Lambda = 1 erzielbaren Drehmoment mi liegt und
dass durch eine Berücksichtigung
des tatsächlich
vorliegenden Brennraum-Lambdas lam-ist anstelle der Zugrundelegung
einer mittleren Luftzahl Lambda beispielsweise = 1 ein höheres Drehmoment mi,
entsprechend einem höheren
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 10 erzielt werden kann.
Die Wirkungsgraderhöhung
ergibt sich bei einer Luftzahl Lambda größer 1 durch eine Frühverstellung
des Zündwinkels
zw. Entsprechend kann mit einer Spätverstellung des Zündwinkels
zw bei einer fetten Verbrennung mit einer Luftzahl Lambda kleiner
1 ebenfalls eine Erhöhung
des Wirkungsgrads erzielt werden.
Gemäß einem
ersten Aspekt der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
wird der optimale Zündwinkel
zwopt in Abhängigkeit
vom tatsächlich
auftretenden Brennraum-Lambda lam-ist festgelegt, um einen maximal
möglichen
Wirkungsgrad eta-Bkm der Brennkraftmaschine 10 zu erzielen,
verbunden mit dem Vorteil einer Kraftstoffersparnis.
Der
Zündwinkel
zw wird gemäß 5 zunächst anhand
des Kennfelds 61 aus der relativen Luftfüllung rl
und dem Drehzahlsignal n für
eine mittlere Luftzahl Lambda beispielsweise = 1 ermittelt. Der
ermittelte optimale Zündwinkel
zwopt-lam1 für die
mittlere Luftzahl Lambda = 1 wird mit dem tatsächlich auftretenden Brennraum-Lambda
lam-ist in Abhängigkeit
vom tatsächlich
auftretenden Brennraum-Lambda lam-ist variiert. Anhand der ersten Kennlinie 63 wird
die Zündwinkel-Verschiebung
dzwopt aus dem Brennraum-Lambda lam-ist ermittelt und anschließend im
ersten Addierer 62 zum optimalen Zündwinkel zwopt-lam1 für die mittlere
Luftzahl Lambda = 1 addiert. Als Ergebnis der Addition steht der
optimale Zündwinkel
zwopt als eine Stellgröße für die Brennkraftmaschine 10 zur
Verfügung,
welcher als Zündsignal
zws der Zündanlage 19 zur
Verfügung gestellt
wird.
Die
Optimierung des Zündwinkels
zw führt
zu einer Erhöhung
des Drehmoments mi der Brennkraftmaschine 10 sowohl während der
fetten als auch während
der mageren Phase innerhalb einer Lambda-Regelschwingung. Die Amplitude
der Lambda-Schwingungen hängt
vom gegebenenfalls vorhandenen Lambdasensor 15 ab. Bei
einem Sprungsensor wird eine höhere
Amplitude zu erwarten sein als bei einem Breitbandsensor. Die Amplitude
wird weiterhin von der Gaslaufzeit bis zum Erreichen des Lambdasensors 15 beeinflusst.
Die
Amplitude der Lambda-Schwingungen kann insbesondere mit dem Aufschaltsignal 33 beeinflusst
werden. Das Aufschaltsignal 33 kann zur Diagnose des gegebenenfalls
vorhandenen Katalysators 16 gemäß dem eingangs genannten Stand
der Technik vorgesehen sein. Mit dem Aufschaltsignal 33 kann
die Amplitude der Lambda-Schwingungen gezielt erhöht werden.
Verbunden mit einer erhöhten Änderung
der Luftzahl Lambda innerhalb einer Lambda-Regelschwingung, die
beispielsweise zwischen 0,2 und 5 Sekunden betragen kann, ist eine
erhöhte Änderung
des Drehmoments mi der Brennkraftmaschine 10 innerhalb
der Lambda-Schwingung.
Gemäß einem
zweiten Aspekt der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
ist eine Minimierung der Änderungen
des Drehmoments mi bei Änderungen
des Brennraum-Lambdas lam-ist, insbesondere innerhalb einer Lambda-Regelschwingung, vorgesehen.
Der zweite Aspekt wird vorzugsweise mit dem ersten Aspekt der Wirkungsgrad-Optimierung
der Brennkraftmaschine 10 kombiniert. Wenn beide Aspekte
kombiniert werden, greift die Minimierung der Drehmomentänderungen
vorzugsweise ebenfalls auf einen Eingriff in die Festlegung des Zündwinkels
zw zurück.
Diese Ausgestaltung ist den 5 und 6 zugrunde
gelegt. Der Eingriff in 5 erfolgt mit der Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur dzwmi,
die im zweiten Addierer 64 dem optimalen Zündwinkel
zwopt überlagert
wird. Im Ergebnis stellt der zweite Addierer 64 den optimalen
Zündwinkel
zwmi zur Minimierung der Drehzahländerungen bereit, der als Zündsignal
zws vom Steuergerät 17 der
Zündanlage 19 zur
Verfügung
gestellt wird.
Gemäß 6 ermittelt
die Berechnungseinheit 71 das optimale Drehmoment miopt-lam1 für eine Luftzahl
Lambda beispielsweise = 1 aus der relativen Luftfüllung rl
und dem Drehzahlsignal n. Das optimale Drehmoment miopt-lam1 für die Luftzahl Lambda
= 1 wird im dritten Multiplizierer 72 in Abhängigkeit
vom tatsächlich
vorliegenden Brennraum-Lambda lam-ist variiert. Hierzu wird der
Lambda-Wirkungsgrad eta-lam anhand des Brennraum-Lambdas lam-ist
in der zweiten Kennlinie 73 ermittelt, die dem in 4 gezeigten
fünften
Verlauf 52 entspricht. Als Ergebnis stellt der dritte Multiplizierer 72 das
Drehmoment mi der Brennkraftmaschine 10 in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda
lam-ist zur Verfügung.
Der Summierer 73 bildet die Differenz zwischen dem gewünschten
Drehmoment-Sollwert mi-soll und dem auftretenden Drehmoment mi.
Die Drehmoment-Differenz dmi wird im zweiten Dividierer 74 mit
der Division durch das Drehmoment mi normiert und als Wirkungsgradänderung
d-eta bereitgestellt. Die dritte Kennlinie 75 ermittelt
aus der Wirkungsgradänderung
d-eta die Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur
dzwmi, die dem in 5 gezeigten zweiten Addierer 64 zur
Verfügung
gestellt wird.
Durch
die Variation des Zündsignals
zws kann erreicht werden, dass die unerwünschten Drehmomentänderungen
vollständig
eliminiert werden. Die Eingriffe erfolgen derart, dass in einer
Fettphase der Lambda-Regelschwingung der Zündwinkel zw weniger stark in
Richtung spät
verstellt wird, wie es zum Erreichen der Brennkraftmaschine 10 eines
maximalen Wirkungsgrades erforderlich wäre, und dass in einer Magerphase
der Lambda-Regelschwingung der Zündwinkel
zw weniger stark in Richtung früh
verstellt wird. Damit verringert sich die Kraftstoffersparnis zugunsten
einer Minimierung der Drehmomentänderungen.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Drehmomentreserve aufgebaut
wird. Hierzu ist die Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 derart
einzustellen, dass der Brenn kraftmaschine 10 mehr Luft zur
Verfügung
gestellt wird als zur wirkungsgradoptimalen Umsetzung des vorgegebenen
Drehmoment-Sollwerts mi-soll notwendig wäre.
Bei
dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Eingriff durch die
Drehmoment-Zündwinkel-Korrektur
dzwmi nur in Richtung einer Spätverstellung
des Zündwinkels
zw erfolgt. Hierzu muss in die Berechnung des optimalen Drehmoments
miopt-lam1 bei einer vorgegebenen Luftzahl beispielsweise = 1 in
der Berechnungseinheit 71 eingegriffen werden. Die Drehmomentdifferenz
dmi ist dann stets negativ. Es erfolgt demnach zur Minimierung der Drehzahländerungen
in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda lam-ist stets eine Spätverschiebung des Zündwinkels
zw, wobei die Spätverschiebung
mit abnehmendem Brennraum-Lambda lam-ist größer wird. Bei dieser Ausgestaltung
kann ein Kraftstoff-Mehrverbrauch zugunsten der Minimierung der Drehzahländerungen
nicht ausgeschlossen werden. Der wesentliche Vorteil hierbei ist
die stets vorhandene Drehmomentreserve.
Vorzugsweise
werden die unterschiedlichen Betriebsstrategien der Brennkraftmaschine 10 in
Abhängigkeit
von wenigstens einer Betriebskenngröße oder vom Betriebszustand
der Brennkraftmaschine 10 ausgewählt. Als Betriebskenngrößen kommen beispielsweise
die Drehzahl n, die Last der Brennkraftmaschine 10 entsprechend
dem Drehmoment mi und/oder beispielsweise die Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine 10 in Frage. Besonders vorteilhaft
werden die Betriebsstrategien in Abhängigkeit vom Drehzahlsignal
n oder davon abhängig
gemacht, ob der Betriebszustand Leerlauf vorliegt. Die Minimierung
der Drehmomentänderungen
in Abhängigkeit
vom Brennraum-Lambda lam-ist tritt bei niederen Drehzahlen, insbesondere
im Leerlauf der Brennkraftmaschine 10, in den Vordergrund.
Bei höheren
Drehzahlen der Brennkraftmaschine 10 tritt dagegen die
Optimierung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine 10 in
den Vordergrund.
Alternativ
oder zusätzlich
zur Variation des Zündsignals
zws kann in die Gemischbildung mit der Zuluft-Verstellvorrichtung 13, 20 eingegriffen
werden. Sofern die Ventil-Verstellvorrichtung 20 vorgesehen ist,
kann das Ventil-Verstellsignal v in Abhängigkeit vom Brennraum-Lambda
lam-ist variiert werden. Sofern die Drosselklappe 13 vorgesehen
ist, kann alternativ oder zusätzlich
kann das Zuluft-Verstellvorrichtungs-Steuersignal wdks zur Steuerung
der Drosselklappe 13 in Abhängigkeit vom Brennraum-Lambda lam-ist variiert werden.