DE102012019009B4

DE102012019009B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012019009B4
Application number: DE102012019009.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Herzog
Original assignee: Individual
Current assignee: HERZOG, KLAUS, PROF. DR.-ING., DE
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: DE102012019009A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder; aufweisend folgende Schritte:- Vorgeben eines Wunschdrehmomentes aus einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine;- vollständiges Öffnen der Drosselklappe der Brennkraftmaschine; und- Ausblenden einzelner Arbeitsspiele des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine so, dass die Brennkraftmaschine das Wunschdrehmoment bereitstellt; dadurch gekennzeichnet,dass - wenn das vorgegebene Wunschdrehmoment aus dem Teillastbereich zwischen 10% bis 80% des maximalen Drehmomentes der Brennkraftmaschine gewählt wird - das Ausblenden einzelner Arbeitsspiele durch Ausblenden einzelner Einspritzungen in den Zylinder so erfolgt, dass die Gasannahme der Brennkraftmaschine linear erfolgt und dass die Brennkraftmaschine das Wunschdrehmoment bereitstellt;dass zusätzlich zu der Ausblendung einzelner Einspritzungen auch die während eines Arbeitsspiels in den einzelnen Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge zur Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine variiert wird;dass der Brennkraftmaschine ein elektrischer Hilfsmotor zugeordnet wird, welcher während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine als Generator und während der Ausblendung einzelner Einspritzungen als Motor arbeitet;unddass - wenn das Wunschdrehmoment aus dem Teillastbereich 0% bis 10% des maximalen Drehmomentes der Brennkraftmaschine gewählt wird - die Leistung der Brennkraftmaschine über den Öffnungswinkel der Drosselklappe gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Um die Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine zu steuern existieren verschiedene Möglichkeiten. Speziell bei Ottomotoren erfolgt die Steuerung der Motorleistung üblicherweise über eine Regulation der Luftzufuhr zum Motor. Dies geschieht mittels einer sogenannten Drosselklappe. Die Drosselklappe ist meist ein kreisrundes Blech, das senkrecht auf einer Achse drehbar gelagert in der Luftzuführung des Motors angeordnet ist und sie im geschlossenen Zustand verschließt. Je nach Öffnungsgrad stellt die Drosselklappe aber für den Luftstrom ein Hindernis dar, dessen Umströmung mit Verlusten verbunden ist. Beim Ansaugen geht also immer ein Teil der theoretisch möglichen Ansaugleistung verloren. Diese Verluste werden als Drosselverlust bezeichnet. Drosselverluste sind dann besonders hoch, wenn die Klappe kaum geöffnet ist, also wenn wenig Gas gegeben wird. Dieser Leistungsbereich, in dem der Motor nicht sein volles Drehmoment entwickelt, wird als Teilleistungsbereich bezeichnet.
Außerdem ist bedingt durch die Geometrie der Drosselklappe, die Gasannahme nicht linear. Insbesondere im Teillastbereich ändert sich die Motorleistung bei kleiner Änderung des Drosselwinkels stark.
Ein Arbeitsspiel einer Brennkraftmaschine umfasst die bei Brennkraftmaschinen notwendige Funktionen (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen), bezogen auf die Umdrehungen des Kurbeltriebs. Ein Arbeitsspiel umfasst alle Vorgänge im Zylinder, angefangen von einem bestimmten Zustand bis zur nächsten Wiederholung des gleichen Zustands.
Das Ausblenden eines Zylinders, heißt das der Zylinders während eines Arbeitsspiels keine Arbeit vollrichtet, hierzu wird seine Versorgung mit Kraftstoff, das heißt die Einspritzung wird unterbunden bzw. ausgeblendet. Dies geschieht üblicherweise in dem die Einspritzventile während eines Arbeitsspiels geschlossen bleiben. Um Drosselverluste zu vermeiden bleibt die Drosselklappe geschlossen. Bei vielen bisher bekannten Systemen werden außerdem die Ein- und Auslassventile geschlossen gehalten. Dies ist allerdings nur mit hohem mechanischem Aufwand möglich und bedingt ein Ausblenden über eine große Anzahl von Arbeitsspielen eines Zylinders.
Das Ausblenden eines Zylinders während eines einzigen Arbeitsspiels, ist gleichbedeutend mit einer Verschiebung seines Zündwinkels um 720°.
Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 42 39 711 A1 bekannt. Dort wird ein Motorsteuerungssystem vorgestellt, welchem von einer weiteren Steuereinheit, beispielsweise einem Antriebsschlupfregelsystem, ein Sollmotormoment zugeführt wird, welches dann von der Motorsteuereinheit durch Korrektur des Zündwinkels und durch Ausblenden einzelner Einspritzungen bereitgestellt wird.
Nachteil ist hierbei dass ein Solldrehmoment vorgegeben werden muss. Des Weiteren ist hier nicht offenbart wie die Drosselklappeneinstellung erfolgt, insbesondere das Problem der Drosselverluste durch eine teilweise geschlossene Drosselklappe bleibt unberücksichtigt.
Die JP H01- 130 018 A zeigt ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung des Drehmoments einer Brennkraftmaschine. Die Reduzierung des Motordrehmoments erfolgt dabei durch Ausblenden einzelner Zylinder. Anhand der Motordrehzahl wird der Übergang von einer Beschleunigung in eine Verzögerung der Brennkraftmaschine erkannt und bei erkanntem Übergang in die Verzögerung die Momentenreduzierung aufgehoben, d. h. die ausgeblendeten Zylinder wieder eingesetzt.
Dies weist mehrere Nachteile auf. So ist das genannte Verfahren/Vorrichtung nur bei Systemen mit mehreren Zylindern möglich. Diese werden durch ihre zeitweise Abschaltung ungleichmäßig belastet. Des Weiteren kann es zu einer Abkühlung des Zylinders während seiner Ausblendung kommen. Dies führt zu höherem Verbrauch da der Zylinder bei jedem Wiedereinblenden erst wieder auf Betriebstemperaturkommen muss. Des Weiteren ist hier nicht offenbart, wie die Drosselklappeneinstellung erfolgt, insbesondere das Problem der Drosselverluste durch eine teilweise geschlossene Drosselklappe bleibt unberücksichtigt.
Ein weiteres Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist auch aus DE 44 35 420 C1 bekannt, wobei hier zur Reduzierung des Drehmoments der Brennkraftmaschine einzelne Einspritzungen ausgeblendet werden. Aber auch hier ist nicht offenbart, wie die Drosselklappeneinstellung erfolgt; insbesondere das Problem der Drosselverluste durch eine teilweise geschlossene Drosselklappe bleibt unberücksichtigt.
Die Druckschrift DE 10 2004 010 519 B4 offenbart ein Verfahren, bei dem zur Motorsteuerung die zugeführte Luftmenge gesteuert wird. Dies geschieht mittels einer Gasaustrittsöffnung, die in den Kompressionsraum führt.
Die Druckschrift Beckmann R., et al.: Die neue Motorsteuerung von Siemens für die BMW 6 Zylinder Otto-Motoren, offenbart eine Motorsteuerung, die als Software umgesetzt ist. Es wird eine allgemeine Drehmomentschnittstelle beschrieben, die auch eine Ausblendung einzelner Arbeitsspiele durch Einspritzaussetzung offenbart. Es wird ein Zündungseingriff für eine schnelle Momentenregelung beschrieben. Das Drehmoment wird überwiegend über einen Füllungseingriff gesteuert. Die Ausblendung wird zur Beeinflussung der Dynamik verwendet.
Die Druckschrift DE 39 40 752 A1 lehrt eine Abschaltung bzw. eine Variation der Öffnungsdauer der Einlassventile zur Steuerung des Drehmoments bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung.
Die deutsche Patentschrift DE 33 17 949 C2 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, wobei ein aus einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine vorgegebenes Wunschdrehmoment bei vollständig geöffneter Drosselklappe durch Ausblenden einzelner Arbeitsspiele des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden, um so eine Steuerung der Brennkraftmaschine zu erreichen, welche eine effiziente Kraftstoffnutzung durch eine Verringerung der Drosselverluste im Teillastbetrieb und eine linearere Gasannahme ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden im Folgenden beschrieben oder/und sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren steuert die Motorleistung durch die Ausblendungen einzelner Einspritzungen im Teillastbetrieb. Dieser umfasst einen Bereich in dem das Drehmoment 10 bis 80 % des maximalen Motordrehmoments beträgt. Die Steuerung der Motorleistung erfolgt, indem ein bestimmter Anteil der Arbeitsspiele jedes Zylinders, von denen es mindestens einen gibt, ausgeblendet wird, ohne dass es notwendigerweise zu einer vollständigen Abschaltung des/der Zylinder kommt. Dies geschieht ohne Drosselverluste, da die Drosselklappe entweder vollständig geöffnet ist oder nicht vorhanden ist. Das Ausblenden der Arbeitsspiele des bzw. der Zylinder übernimmt hierbei die Aufgabe der Motorsteuerung, die sonst durch die Drosselklappe übernommen wird.
Mit Hilfe der gezielten Ausblendung von Einspritzungen kann zusätzlich jeder geforderte Drehmomentverlauf erreicht werden. Hierdurch wird eine lineare Gasannahme erreicht, was das Ansprechverhalten des Motors verbessert.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen elektrischen Hilfsmotor auf, welcher während eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors als Generator und während der Ausblendung einzelner Einspritzungen als Motor arbeitet. Hierfür wird ein nur sehr kleiner Energiespeicher benötigt, der beispielsweise als Superkondensator ausgeführt werden kann. Außerdem wird durch den Hilfsmotor die Drehungleichförmigkeit reduziert und ein ruhiges Fahrverhalten erreicht.
In einem Bereich, in dem das Drehmoment 0 bis 10 % des maximalen Motordrehmoments beträgt, wird die Motorleistung über den Öffnungswinkel der Drosselklappe gesteuert. In diesem Bereich ist der Anteil der ausgeblendeten Arbeitsspiele sonst sehr hoch, was zu einem unruhigen Fahrverhalten besonders bei Brennkraftmaschinen mit wenigen insbesondere mit nur einem Zylinder führt.
In einer ersten Ausführungsform ist es möglich, die Ausblendung von Einspritzungen auf mehrere Zylinder zu verteilen. Das führt zu einer gleichmäßigeren Belastung aller Zylinder, was deren Verschleiß minimiert und einen ruhigen Fahrverlauf ermöglicht.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 3. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1: ein Blockschema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorsteuerung.
2: ein Blockschema einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorsteuerung.

In der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Aspekte und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung offenbart. Zudem wird auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil derselben bilden, und in denen mittels Veranschaulichung ein oder mehrere Beispiele, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann, gezeigt sind, Bezug genommen. Diese Offenbarung der Erfindung soll die Merkmale oder Hauptelemente der Erfindung nicht auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel beschränken. Vielmehr können die verschiedenen Elemente, Aspekte und Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, durch einen Fachmann auf dem Gebiet auf verschiedene Arten kombiniert werden, um einen oder mehrere Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können, und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 zeigt ein Blockschema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorsteuerung. Bei dieser wird der Drehmomentwunsch des Fahrers über einen Sensor 11 erfasst über eine Datenleitung für das Fahrersignal 12 an das Motorsteuergerät 10 weitergeleitet. Dieser Sensor kann beispielsweise ein Wegsensor an einem Gaspedal sein. Zusätzlich werden zusätzlich weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und des Kraftfahrzeugs erfasst und über eine Datenleitung 15 Motorsteuergerät 10 zugeführt. Es wird auch das Drosselklappensignal über eine Datenleitung 33 zur Drosselklappe 32 gesendet, wo bei diese je nach Ausführung des Systems nur in einen Teillastbereich von 0 bis 5% der maximalen Motordrehzahl relevant ist. Bei einem Lastbereich größer 5% ist die Drosselklappe vollständig offen, wenn das System hinsichtlich Kraftstoffverbrauch optimiert ist. Es ist aber in diesem Bereich auch ein Betrieb aus Kombination von Drosselklappensteuerung und Ausblendung möglich, um die Fahrbarkeit zu optimieren. Das Motorsteuerungsgerät 10 berechnet im Fall der komplett geöffneten Drosselklappe aus diesen Daten die erforderliche Einspritzdauer eines Arbeitsspiels und den Anteil der auszublenden Arbeitsspiele und die zylinderindividuelle Kraftstoffeinspritzung. Das heißt beispielsweise, dass wenn das Wunschdrehmoment 60% des Maximaldrehmoments beträgt, unter Berücksichtigung von Reibungsverlusten knapp 40% der Arbeitsspiele ausgeblendet werden. Diese Steuerdatendaten sendet es über eine Datenleitung 13 zum Einspritzventil 41 um dieses zu steuern.
Die Drosselklappe 32, welche steuert wie viel Luft 31 durch das Ansaugrohr 30 in den Zylinder 41 gelangt, wird über eine Datenleitung 33 zur Drosselklappe 33 von vom Motorsteuerungsgerät 10 aus gesteuert, alternativ kann die Steuerung auch direkt durch den Fahrer mittels eines Sensors 11 über eine separate Datenleitung zur direkten Drosselklappensteuerung 18 erfolgen. Die Steuerung erfolgt dabei solcher Art, dass die Drosselklappe 32 auch im Teilastbetrieb vollständig geöffnet ist, um so Drosselverluste zu verhindern. Des Weiteren ist auch eine Steuerung der Drosselklappe über eine direkte Seilzugverbindung zum Gaspedal möglich. Hierbei wird zwar im Teillastbetrieb die Drosselklappe nicht vollständig geöffnet, aber wesentlich weiter als im Normalbetrieb ohne Ausblendung.
2 zeigt ein Blockschema einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorsteuerung. Bei dieser wird der Drehmomentwunsch des Fahrers über einen Sensor 11 erfasst über eine Datenleitung für das Fahrersignal 12 an das Motorsteuergerät 10 weitergeleitet. Dieser Sensor kann beispielsweise ein Wegsensor an einem Gaspedal sein. Zusätzlich werden zusätzlich weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und des Kraftfahrzeugs erfasst und über eine Datenleitung 15 Motorsteuergerät 10 zugeführt. Es wird auch das Hilfsmotorsignal über eine Datenleitung 50 zum Hilfsmotor 52 gesendet, wo bei dieser in einen Teillastbereich von 0 bis 5% der maximalen Motordrehzahl relevant ist. In diesem Bereich ist der Anteil der Ausblendungen so hoch, dass der Motor allein nicht die nötige Laufruhe aufweist. Dieser Hilfsmotor kann auch über Datenleitung zur direkten Hilfsmotorsteuerung 51 vom Fahrer direkt gesteuert werden. Das Motorsteuerungsgerät 10 berechnet aus diesen Daten die erforderliche Einspritzdauer eines Arbeitsspiels und den Anteil der auszublenden Arbeitsspiele und die zylinderindividuelle Kraftstoffeinspritzung. Diese Steuerdatendaten sendet es über eine Datenleitung 13 zum Einspritzventil 41 um dieses zu steuern d.h. um festzulegen wie hoch der Anteil der ausgeblendeten Arbeitsspiele liegt.
Bezugszeichenliste

10: Motorsteuerungsgerät
11: Sensor zur Erfassung Drehmomentwunsches des Fahrers
12: Datenleitung für das Fahrersignal
13: Datenleitung für Steuerung des Einspritzventils
15: Datenleitung für Motorparameter
18: Datenleitung zur direkten Drosselklappensteuerung
30: Ansaugrohr
31: Luftzuführung
32: Drosselklappe
33: Datenleitung zur Drosselklappe
40: Einspritzventil
41: Zylinder
50: Datenleitung zum Hilfsmotor
51: Datenleitung zur direkten Hilfsmotorsteuerung
52: Hilfsmotor

Claims

Verfahren zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder; aufweisend folgende Schritte: - Vorgeben eines Wunschdrehmomentes aus einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine; - vollständiges Öffnen der Drosselklappe der Brennkraftmaschine; und - Ausblenden einzelner Arbeitsspiele des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine so, dass die Brennkraftmaschine das Wunschdrehmoment bereitstellt; dadurch gekennzeichnet, dass - wenn das vorgegebene Wunschdrehmoment aus dem Teillastbereich zwischen 10% bis 80% des maximalen Drehmomentes der Brennkraftmaschine gewählt wird - das Ausblenden einzelner Arbeitsspiele durch Ausblenden einzelner Einspritzungen in den Zylinder so erfolgt, dass die Gasannahme der Brennkraftmaschine linear erfolgt und dass die Brennkraftmaschine das Wunschdrehmoment bereitstellt; dass zusätzlich zu der Ausblendung einzelner Einspritzungen auch die während eines Arbeitsspiels in den einzelnen Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge zur Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine variiert wird; dass der Brennkraftmaschine ein elektrischer Hilfsmotor zugeordnet wird, welcher während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine als Generator und während der Ausblendung einzelner Einspritzungen als Motor arbeitet; und dass - wenn das Wunschdrehmoment aus dem Teillastbereich 0% bis 10% des maximalen Drehmomentes der Brennkraftmaschine gewählt wird - die Leistung der Brennkraftmaschine über den Öffnungswinkel der Drosselklappe gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblenden einzelner Einspritzungen auf mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine verteilt wird.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, welche mindestens einen Zylinder mit einem Einspritzventil und eine Drosselklappe aufweist; einem Motorsteuergerät zur Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine; und einem Gaspedal mit einem Sensor zur Erfassung der Stellung des Gaspedals, welche ein Wunschdrehmoment des Fahrers des Kraftfahrzeugs repräsentiert; dadurch gekennzeichnet, dass - wenn das Wunschdrehmoment einen Teillast-Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betrifft, bei dem das Drehmoment 10% bis 80% des maximalen Drehmomentes beträgt - das Motorsteuergerät ausgebildet ist, die Drosselklappe vollständig zu öffnen und Ausblendungen einzelner Einspritzungen in den mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine derart vorzunehmen, dass die Gasannahme der Brennkraftmaschine linear erfolgt und dass die Brennkraftmaschine das Wunschdrehmoment bereitstellt; dass das Motorsteuergerät weiterhin ausgebildet ist zur Steuerung der Brennkraftmaschine gemäß Verfahrensanspruch 1; und dass das Kraftfahrzeug einen elektrischen Hilfsmotor aufweist, wobei das Motorsteuergerät ausgebildet ist, den Hilfsmotor während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine als Generator und während der Ausblendung einzelner Einspritzungen als Motor zu betreiben.