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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zwei oder mehr verschiedene Betriebsarten für die Brennkraftmaschine vorgesehen sind, wobei während des Betriebs der Brennkraftmaschine zwischen einer ersten Betriebsart mit vorbestimmten ersten Betriebsparametern und einer zweiten Betriebsart mit vorbestimmten zweiten Betriebsparametern umgeschaltet wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Unterschiedliche Brennverfahren werden in einem Motorsteuergerät einer Brennkraftmaschine durch unterschiedliche Betriebsarten charakterisiert. Eine Unterscheidung kann beispielhaft am Einspritzsystem in einer unterschiedlichen Anzahl, Größe oder Position von Einspritzungen oder am Luftsystem in einer variierenden Sollluftmasse vorgenommen werden. Bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine werden unterschiedliche Betriebsarten verwendet, um in unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine gewünschte Fahreigenschaften darzustellen, wie beispielsweise eine hohe Momentenabgabe, oder um den Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu minimieren. Bei einem Umschalten von einer Betriebsart in eine andere wird eine große Flexibilität benötigt. Beispielhaft können Momentensprünge, akustische Beeinflussungen oder/und weitere ungewünschte Reaktionen beobachtet werden.
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Die Betriebsartenübergänge momentenneutral und auch akustisch neutral zu gestalten, ist insbesondere bei Motoren mit nur einer Zylinderbank schwierig. Bisher erfolgt die Entscheidung über einen Wechsel von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart derart, dass geprüft wird, welche Betriebsart dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine am nächsten kommt. Wenn die Werte der momentanen ersten Betriebsart nicht mehr passen, dann wird auf die andere zweite Betriebsart umgeschaltet. Während des Übergangs werden die Werte der momentanen ersten Betriebsart und der nächsten zweiten Betriebsart beispielsweise gemixt, d.h. teilweise werden die noch passenden Werte aus der ersten Betriebsart und die schon passenden Werte aus der zweiten Betriebsart verwendet. Ein derartiges Mischen der Betriebsarten ist beispielsweise aus der
WO 2007039368 A1 bekannt, wobei eine Drehmomentstellgröße bis zur Erfüllung einer vorbestimmten Umschaltbedingung variiert wird. Da sich jedoch Bedingungen zur Erfüllung der Werte unterscheiden können, ist diese Art des Betriebsartenüberganges nicht ganz einfach.
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Aus der
EP 1 300 574 A2 ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine beim Wechsel zwischen zwei Betriebsarten bekannt, wobei für den Übergang ein Zwischenwert für eine Luftfüllung eingestellt wird. Dies soll Istmomentensprünge möglichst klein halten.
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Aus der
DE 199 51 096 A1 ist ein Motorregelsystem für einen mittels Abgasturbolader aufgeladenen Dieselmotor bekannt. Der Betrieb des Dieselmotors wird mit Kennfeldern geregelt. Für verschiedene Betriebsarten sind unterschiedliche Kennfelder hinterlegt. Zur Vermeidung eines Turboloches wird in eine der Betriebsarten zusätzlich zu den Kennfeldern eine relative Erhöhung der Abgastemperatur und/oder des Abgasgegendruckes mit einbezogen. Der Übergang zwischen den Betriebsarten ist jedoch nicht in besonderer Weise ausgebildet.
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Aus der
DE 100 26 806 C1 DE 10 2004 033 073 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken bekannt. Ein Wechsel von einer ersten zu einer zweiten Betriebsart erfolgt über eine dritte Betriebsart, in der die Zylinderbänke mit unterschiedlichen LambdaWerten betrieben werden. Das Ist-Moment wird während des Wechsels der Betriebsarten durch Verstellung der Zündwinkel konstant gehalten.
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Aus der ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors bekannt, bei dem zwischen einem Magerbetrieb und einem Fettbetrieb umgeschaltet wird. Während des Umschaltens werden Motormomentschwankungen bestimmt und durch Einstellen von das Motormoment beeinflussenden Parametern wird das Motormoment konstant gehalten.
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DE 103 49 876 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysator und einem diesem nachgeschalteten SCR-Katalysator aufweist. Dabei wird in einem ersten Betriebsmodus die Brennkraftmaschine mit einem mageren Verbrennungslambda betrieben, wobei Stickoxide in dem NOx-Speicherkatalysator eingelagert werden, und in einem zweiten Betriebsmodus mit einem fetten Verbrennungslambda, um den NOx-Speicherkatalysator zu regenerieren. Während eines Übergangs von dem mageren in den fetten Betriebsmodus wird ein dritter Betriebsmodus mit einem Verbrennungslambda eingestellt, das nahe dem stöchiometrischen Wert liegt. Hierdurch soll ein Vermischen von magerem und fettem Abgas innerhalb des NOx-Speicherkatalysators vermieden und eine wirksame NOx-Reduktion und hohe NH
3-Bildung gewährleistet werden.
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DE 698 38 199 T2 beschreibt ein Verfahren, um einen Verbrennungsmotor zwischen einem Betrieb mit Schichtladungs-Verbrennung mit einer Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungshub und einem Betrieb mit Homogenladungs-Verbrennung mit einer Kraftstoffeinspritzung im Ansaughub umzustellen. Während einer Übergangsphase wird die Kraftstoffeinspritzung mit zwei Einspritzvorgängen, nämlich im Verdichtungs- und im Ansaughub, durchgeführt, wobei die Kraftstoffanteile allmählich variiert werden, um sich dem Sollwert für den Zielbetrieb anzunähern. Gleichzeitig wird die Zylinderfüllung durch allmähliche Verstellung der Drosselklappe geändert.
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Die
DE 11 2007 002 490 T5 beschreibt eine Brennkraftmaschine bei der im Verbrennungsmodus zwischen einer Funkenzündungsverbrennung und einer homogenen Kompressionszündungsverbrennung während einer Umschaltzeitspanne umgeschaltet wird. Die Maschine sieht eine negative Überlappungszeitspanne in dem Betrieb während einer homogenen Kompressionszündungsverbrennung vor. Diese negative Überlappungszeitspanne ist eine Zeitspanne, während der ein Einlassventil und ein Auslassventil beide geschlossen sind, wenn sich ein Kolben in dem Auslasshub in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, so dass verbranntes Gas im Inneren der Brennkammer verbleibt. Die Brennkraftmaschine ist mit einer Drossel, einem Einstellabschnitt und einem Steuerungsabschnitt versehen. Die Drossel stellt die Menge von Luft ein, die zu der Brennkammer zugeführt wird. Der Einstellabschnitt stellt die Kraftstoffmenge ein, die zu dem Einlassdurchgang zugeführt wird. Der Steuerungsabschnitt steuert die Drossel und den Einstellabschnitt. Während der Umschaltzeitspanne, in der die Funkenzündungsverbrennung zu der homogenen Kompressionszündungsverbrennung umgeschaltet wird, steuert der Steuerungsabschnitt die Drossel derart, dass sich der Drosselöffnungsgrad von dem Öffnungsgrad zu der Zeit eines stetigen Betriebs bei der Funkenzündungsverbrennung zu dem Öffnungsgrad zu der Zeit des stetigen Betriebs bei der homogenen Kompressionszündungsverbrennung erhöht. Des Weiteren steuert der Steuerungsabschnitt den Einstellabschnitt derart, dass die Kraftstoffmenge, die zu dem Einlassdurchgang zugeführt wird, größer wird als zu der Zeit des stetigen Betriebs bei der Funkenzündungsverbrennung. Die Steuerung der Drossel über den Einstellabschnitt und den Steuerungsabschnitt erfolgt in einer beiden Steuereingriffen zugeordneten Umschaltzeitspanne.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich des Übergangs zwischen verschiedenen Betriebsarten zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Übergang von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart die erste Betriebsart deaktiviert wird und für mindestens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ein eigener Übergangs-Sollwert eingestellt wird, welcher jeweils einen anderen Wert aufweist als ein entsprechender Sollwert dieses Betriebsparameters in der ersten Betriebsart sowie ein entsprechender Sollwert dieses Betriebsparameters in der zweiten Betriebsart, wobei die zweite Betriebsart aktiviert wird sowie deren Sollwerte für die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine eingestellt werden, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne seit der Deaktivierung der ersten Betriebsart vergangen ist oder wenn eine vorbestimmte Anzahl von Betriebsparametern für eine jeweils vorbestimmte Zeitspanne den Übergangs-Sollwert erreicht hat. Dabei wird für mindestens zwei Betriebsparameter der Brennkraftmaschine jeweils ein eigener Übergangs-Sollwert eingestellt, wobei für mindestens zwei Betriebsparameter die jeweiligen Sollwerte um eine vorbestimmten Zeitspanne zeitversetzt voneinander eingestellt werden.
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Das Verfahren hat den Vorteil, dass eine Übergangsbetriebsart zur Verfügung steht, welche ggf. keine der Eigenschaften der alten oder neuen Betriebsart enthält. Dies schafft einen wesentlichen besseren Betriebsartenübergang ohne störende Übergangsphänomene, wie beispielsweise einen Lastsprung oder akustische Geräusche, als eine reine Kombination von alter und neuer Betriebsart. Für mindestens einen Betriebsparameter steht ein separater Übergangs-Sollwert zur Verfügung.
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Ferner werden durch Splitten der Übergänge mehrere Übergänge für verschiedene Regelungssysteme erzielt.
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Einen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen optimierten Betrieb der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass die Betriebsarten der Brennkraftmaschine mindestens einen Magerbetrieb mit überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis Lambda größer 1 (λ > 1), einen Fettbetrieb mit unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis Lambda kleiner 1 (λ < 1) und einen stöchiometrischen Betrieb (Ä = 1) umfassen.
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Zur differenzierten Beeinflussung des Übergangs von der ersten Betriebsart zur zweiten Betriebsart ist der mindestens eine Betriebsparameter, für den ein Übergangs-Sollwert eingestellt wird, aus der Liste der folgenden Betriebsparameter ausgewählt, Füllung von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine, Stellung einer Drosselklappe, Ladedruck eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine, Abgasrückführrate (AGR-Rate), Einspritzmenge für Kraftstoff für mindestens eine Kraftstoffeinspritzung, Zeitpunkt für einen Beginn für mindestens eine Kraftstoffeinspritzung, Zeitpunkt für ein Ende für mindestens eine Kraftstoffeinspritzung, Einspritzdauer für Kraftstoff für mindestens eine Kraftstoffeinspritzung, Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen oder Lambdawert.
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Eine getrennte Umstellung für das Luftsystem und das Kraftstoff-Einspritzsystem erzielt man dadurch, dass mindestens ein Betriebsparameter, für den ein eigener Übergangs-Sollwert eingestellt wird, ein Luftsystem der Brennkraftmaschine beeinflusst bzw. dass mindestens ein Betriebsparameter, für den ein eigener Übergangs-Sollwert eingestellt wird, ein Kraftstoff-Einspritzsystem der Brennkraftmaschine beeinflusst.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. einen beispielhaften Übergang von einer ersten Betriebsart zu einer zweiten Betriebsart für einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine.
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In der einzigen Fig. ist auf einer horizontalen ersten Achse 10 die Zeit t und auf einer vertikalen zweiten Achse 12 ein Wert für einen Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine aufgetragen. Mit 14 ist ein Sollwert für diesen Betriebsparameter für eine erste Betriebsart, mit 16 ist ein Sollwert für diesen Betriebsparameter für eine zweite Betriebsart und mit 18 ist ein Übergangs-Sollwert für diesen Betriebsparameter bezeichnet. Ein Graph 20 veranschaulicht einen Verlauf des Wertes 12 für den betrachteten Betriebsparameter über die Zeit t 10 bei einem Übergang von der ersten zur zweiten Betriebsart.
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Bis zu einem ersten Zeitpunkt 22 ist die erste Betriebsart mit dem Sollwert 14 für den Betriebsparameter 12 aktiv. Zum ersten Zeitpunkt 22 wird die erste Betriebsart deaktiviert und für den Betriebsparameter 12 wird der Übergangs-Sollwert 18 eingestellt. Gegebenenfalls wird für weitere andere Betriebsparameter ebenfalls ein entsprechender Übergangs-Sollwert eingestellt. Alle Übergangs-Sollwerte sind dabei derart gewählt, dass diese weder dem entsprechenden Sollwert für den jeweiligen Betriebsparameter der ersten, vorausgegangenen Betriebsart noch dem Sollwert für den jeweiligen Betriebsparameter der zweiten nachfolgenden Betriebsart entsprechen. Der Übergang auf den jeweiligen Übergangs-Sollwert zum Zeitpunkt 22 erfolgt beispielsweise als Sprung zum Zeitpunkt 22 oder gemäß einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Zeit t oder einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel.
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Ein Einregeln des ersten Betriebsparameters 12 von dem Sollwert 14 auf den Übergangs-Sollwert 18 durch ein entsprechendes Regelsystem dauert bis zu einem zweiten Zeitpunkt 24. Der Betriebsparameter 12 ist beispielsweise ein Betriebsparameter eines Luftpfades der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise eine Füllung von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine, der von einem Luftpfad bzw. Luftsystem als Regelsystem eingeregelt wird oder ein Betriebsparameter einer Kraftstoffeinspritzung, wie beispielsweise ein Lambdawert, ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Moment oder eine Anzahl bzw. ein Zeitpunkt bzw. eine Kraftstoffmenge von Vor-, Haupt- bzw. Nacheinspritzungen, der von einem Einspritzsystem als Regelsystem eingeregelt wird bzw. werden.
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Ab dem zweiten Zeitpunkt 24 entspricht der Wert des Betriebsparameters 12 dem Übergangs-Sollwert 18. Zu einem dritten Zeitpunkt 26 befand sich der Wert des Betriebsparameters 12 für eine vorbestimmte Zeitspanne 28 auf dem Übergangs-Sollwert 18. Zum dritten Zeitpunkt 26 wird die zweite Betriebsart aktiviert und der Sollwert 16 für diesen Betriebsparameter 12 eingestellt. Der Übergang von dem jeweiligen Übergangs-Sollwert auf den Sollwert 16 zum Zeitpunkt 26 erfolgt beispielsweise als Sprung zum Zeitpunkt 26 oder gemäß einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Zeit t oder einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel. Es dauert bis zum vierten Zeitpunkt 30, bis der entsprechende Regler bzw. das entsprechende Reglersystem den Wert des Betriebsparameters 12 auf den neuen Sollwert 16 der zweiten Betriebsart eingeregelt hat. In der einzigen Fig. ist somit bis zum ersten Zeitpunkt 22 die erste Betriebsart aktiv, vom ersten Zeitpunkt 22 bis zum dritten Zeitpunkt 26 ist bzw. sind die Übergangs-Sollwerte eingestellt und ab dem dritten Zeitpunkt 26 ist die zweite Betriebsart aktiv. Vom ersten Zeitpunkt 22 bis zum dritten Zeitpunkt 26 sind die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart deaktiviert, wobei für mindestens einen Betriebsparameter ein Übergangs-Sollwert eingestellt ist, welcher weder dem Sollwert für diesen Betriebsparameter in der ersten Betriebsart noch dem Sollwert für diesen Betriebsparameter in der zweiten Betriebsart entspricht.
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Erfindungsgemäß sind mehrerer Übergänge einer Betriebsart zur nächsten durch Splitten der Übergänge vorgesehen. Dabei haben die unterschiedlichen Übergänge unterschiedliche Regelungssysteme im Fokus. Beispielsweise werden erst das Luftsystem und dann das Einspritzsystem eingestellt oder umgekehrt. So kann sich ein Übergang mit dem Luftsystem beschäftigen, was beispielsweise eine AGR-Regelung und/oder den Drosselklappenbetrieb enthält. Ein anderer Übergang konzentriert sich auf die Kraftstoffeinspritzung, d.h. beispielsweise das Einschalten der Nacheinspritzung (Einspritzbeginn und -dauer). Bei der Implementierung dieser neuen Betriebsartenübergänge in einem Otto-Motor wäre ein Übergang beispielsweise für eine konstante Lambdaregelung zuständig. Die neue Betriebsart, in dem obigen Beispiel die zweite Betriebsart, ist erst dann aktiv, wenn die einzelnen Übergänge eingestellt bzw. eingeregelt sind. Die Übergänge werden beispielsweise durch einen Steuerungsablauf koordiniert. Hierbei wird in der Steuerung beispielsweise eine zeitliche Komponente verankert, d.h. die Zeit der aktiven Übergänge, bzw. wie lange die Übergänge aktiv sind. Die Koordination beinhaltet beispielsweise eine Zeitsteuerung oder das Beobachten und Bewerten eines Einschwingverhaltens. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zum Unterschied zu herkömmlichen Betriebsartenübergängen eine Aufteilung der Übergangsbetriebsart in mehrere Teilübergange vor. Dies hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren einer beliebigen Antriebsart zur Verfügung steht. Die Systeme der Abgasnachbehandlung können mit in den Übergängen berücksichtigt werden. Lediglich die Steuerung wird an das Brennverfahren angepasst.
