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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Wechsel zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors mit unterschiedlichen Drehmomenten. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Motorsteuergerät zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einem Wechsel zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors mit unterschiedlichen Drehmomenten.
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Bei einem Otto-Verbrennungsmotor wird durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemischs ein Drehmoment erzeugt. Die bei der Verbrennung des Brennstoffgemischs entstehenden Gase werden über den Abgastrakt an die Umgebung abgegeben. Durch zukünftige Abgasgesetzgebungen werden die CO2-Emissionen eines Otto-Verbrennungsmotors schrittweise stark reduziert.
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Otto-Verbrennungsmotoren verfügen über zahlreiche Verstellparameter, um während des Fahrbetriebs unterschiedliche Verbrennungsstrategien zu aktivieren. Dazu zählen Umschaltungen in Modi mit Mehrfacheinspritzung, Ventilhub-Verstellung, Fahrbarkeitsfunktionen für dynamischen Motorbetrieb und Zylinderabschaltung. Je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors muss dieser im Allgemeinen ein unterschiedliches Drehmoment erzeugen. Wenn der Verbrennungsmotor in einem ersten Betriebszustand, in dem er ein erstes Drehmoment bereitstellt, betrieben wird und in einen zweiten Betriebszustand, in dem ein weiterer Verbraucher, beispielsweise ein Klimakompressor, zugeschaltet wird, umgeschaltet wird, so muss der Verbrennungsmotor in dem zweiten Betriebszustand ein höheres Drehmoment zur Verfügung stellen, da der Motor durch den zugeschalteten Lastabnehmer im zweiten Betriebszustand stärker belastet wird.
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Für einen komfortablen Fahrbetrieb dürfen diese transienten Umschaltvorgänge von einem in einen nächsten Betriebszustand nicht durch Drehmomentschwankungen vom Fahrer bemerkt werden und können durch Erhöhung der Zylinderfüllung vermieden werden. Mit einer genügend hohen Füllung des Zylinders mit einem Kraftstoff-Luftgemisch lässt sich das zu realisierende Drehmoment dynamisch über Einspritzung oder Zündung auf Fahrer- und Funktionswünsche einstellen, wodurch eine schnelle Reaktion auf dynamische Veränderungen des Motorbetriebspunktes erfolgen kann.
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In der Patentschrift
DE 10 2004 012 522 B3 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine angegeben. Um einen bereitzustellenden Momentenvorhalt zu erhöhen und den Kraftstoffverbrauch zu verringeren, wird ausgehend von einer bestimmten Luft-Kraftstoffgemischverteilung die zuzuführende Luftmasse erhöht und dadurch das Luft-Kraftstoffgemisch abgemagert und ein erster Momentenvorhalt erzeugt und im Falle einer positiven Momentenanforderung der zuzuführende Kraftstoffanteil zur Anfettung des Luft-Kraftstoffgemisches erhöht.
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Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Wechsel zwischen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Drehmomenten anzugeben, bei dem Drehmomentschwankungen während der transienten Umschaltvorgänge zwischen den Betriebszuständen weitestgehend vermieden werden und der Kraftstoffverbrauch sowie die Abgasemissionen möglichst niedrig gehalten werden. Ein weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist es, ein Motorsteuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Wechsel zwischen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Drehmomenten bereitzustellen, durch das der Verbrennungsmotor derart gesteuert wird, dass Drehmomentschwankungen während der transienten Umschaltvorgänge zwischen den Betriebszuständen weitestgehend vermieden werden und der Kraftstoffverbrauch sowie die Abgasemissionen möglichst niedrig sind.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Wechsel zwischen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Drehmomenten ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weitere Aus führungsformen des Verfahrens enthalten die vom Patentanspruch 1 abhängigen Unteransprüche.
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Das Verfahren basiert auf einem Drehmoment-Vorhalt über einen Magerschichtbetrieb. Unmittelbar vor einem Wechsel von einem ersten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, in dem der Verbrennungsmotor ein erstes Drehmoment bereitstellt, in einen zweiten Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor ein zweites höheres Drehmoment bereitstellt, wird die Vorfüllung des Saugrohrs zum Bereitstellen des zweiten Drehmoments in dem zweiten Betriebszustand des Verbrennungsmotors bereits erhöht, bevor der Verbrennungsmotor in den zweiten Betriebszustand geschaltet wird, in dem das höhere zweite Drehmoment abgenommen wird. Dadurch wird berücksichtigt, dass die Vorfüllung des Saugrohrs mit einer größeren Trägheit verbunden ist als beispielsweise die Vorsteuerung Einspritzung und der Zündung. Zur Erzielung eines Momentenabbaus vor der eigentlichen Umschaltung in den zweiten Betriebszustand des Motors wird das Kraftstoff-Luftgemisch verarmt. Da die Luftmasse erhöht worden ist, kann die Kraftstoffmenge unverändert bleiben, um den Motor im Magerbetrieb zu betreiben.
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Gemäß dem angegebenen Verfahren wird somit die Vorfüllung des Saugrohrs über eine magere Verbrennung mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ > 1 aufgebaut, um den gewünschten Lastpunkt des Verbrennungsmotors einzustellen. Durch das magere Verbrennungsluftverhältnis muss bei gleichbleibend hoher Füllung des Saugrohrs weniger Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt werden, was gegenüber einem Verfahren zum Momentenabbau mit Zündwinkelspätstellung einen signifikanten geringeren Kraftstoffverbrauch zur Folge hat. Die Dynamik der Reaktion auf Betriebspunktwechsel ist vom Einspritzsystem abhängig. Die Einspritzmenge kann zyklusgenau verstellt werden, so dass auf Betriebspunktwechsel mit unterschiedlichen Drehmomenten mit hoher Dynamik reagiert werden kann.
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Ein Motorsteuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Wechsel zwischen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Drehmomenten ist in Patentanspruch 6 angegeben. Weitere Ausführungsformen des Motorsteuergerätes sind in den nachfolgenden Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines Verbrennungsmotors und ein Motorsteuergerät zum Steuern des Verbrennungsmotors in einer schematischen Darstellung,
- 2 einen momentneutralen Wechsel zwischen Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors,
- 3A und 3B Signalverläufe von charakteristischen Parametern eines Verbrennungsmotors zur Vorbereitung eines Wechsel zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und
- 4 Druckverläufe des indizierten Zylinderinnendrucks bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 mit einem Zylinder 10, in dessen Brennraum 11 sich ein Kolben 60 bewegt. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 60 wird ein Luftgemisch über einen Ansaugtrakt mit einem Saugrohr 20, einer Drosselklappe 30 und einer Luftzuführung 40 in den Brennraum 11 des Zylinders 10 angesaugt. Während des Ansaugtaktes ist ein Einlassventil 90 des Verbrennungsmotors geöffnet und ein Auslassventil 100 des Verbrennungsmotors ist geschlossen. Bei einem homogenen Einspritzpuls wird Kraftstoff bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 60 mittels einer Einspritzdüse 70 des Verbrennungsmotors in den Brennraum 11 eingespritzt.
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Während eines nachfolgenden Verdichtungstaktes werden das Ein- und Auslassventil 90, 100 geschlossen. Der Kolben 60 bewegt sich wieder nach oben und verdichtet das in dem Brennraum 11 vorhandene Kraftstoff-Luftgemisch. Während eines nachfolgenden Arbeitstaktes bleiben beide Ventile 90 und 100 weiterhin geschlossen. Kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 60 zündet eine Zündkerze 80 das Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum 11. In Folge der Explosion wird der Kolben 60 wieder nach unten getrieben. Während eines anschließenden Ausstoßtaktes bleibt das Einlassventil 90 weiterhin geschlossen und das Auslassventil 100 wird geöffnet. Der Kolben 60 bewegt sich wieder aufwärts und schiebt die bei der Explosion im Brennraum 11 entstandenen Abgase durch das Abgasrohr 50 aus dem Brennraum 11 des Zylinders heraus.
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Die Steuerung der Drosselklappe 30 zum Einstellen der Füllung des Saugrohrs 20, die Steuerung der Ein- und Auslassventile 90 und 100 sowie die Steuerung des Einspritzens des Kraftstoffs durch die Einspritzdüse 70 und die Zündung des Kraftstoff-Luftgemischs mittels der Zündkerze 80 erfolgt über ein Motorsteuergerät 2. Die im Folgenden beschriebenen Betriebsstrategien zum Betreiben des Verbrennungsmotors werden durch die Aktoren Drosselklappe, Zündung und/oder Direkt-Einspritzung realisiert.
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Der Verbrennungsmotor 1 stellt bei einem Betreiben in einem ersten Betriebszustand ein erstes Drehmoment zur Verfügung. Wenn in einem zweiten nachfolgenden Betriebszustand von dem Verbrennungsmotor ein zweites höheres Drehmoment erzeugt werden soll, da im zweiten Betriebszustand beispielsweise zusätzliche Verbraucher an die Verbrennungsmotor angeschlossen werden oder eine Zylinderabschaltung erfolgt, muss sichergestellt werden, dass der Verbrennungsmotor zum Umschaltzeitpunkt von dem ersten in den zweiten Betriebszustand in der Lage ist, das höhere zweite Drehmoment unmittelbar bereitzustellen. Um ein höheres Drehmoment zu erzeugen muss in dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch sowohl der Anteil an Luftmasse als auch im stöchiometrischen Verhältnis dazu die Kraftstoffmenge erhöht werden.
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Die größere Luftmenge wird durch einen größeren Saugrohrdruck und eine damit verbundene größere Saugrohrfüllung bereitgestellt. Dazu muss die Drosselklappe 30 entsprechend angestellt werden. Die Erhöhung der Kraftstoffmenge erfolgt durch eine entsprechende Erhöhung der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 11 des Zylinders. Da die Vorfüllung des Saugrohrs mit einer größeren Trägheit als die Vorsteuerung der Einspritzung und auch der Zündung verbunden ist, erfolgt im ersten Betriebszustand des Motors vor dem Umschalten in den zweiten Betriebszustand durch eine entsprechend erhöhte Saugrohrfüllung bereits eine Erhöhung der für einen Verbrennungsvorgang zur Erzeugung des ersten Drehmoments benötigten Luftmasse. Da das höhere zweite Drehmoment von dem Verbrennungsmotor jedoch erst nach der Umschaltung in den zweiten Betriebszustand zur Verfügung gestellt werden muss, ist im ersten Betriebszustand unmittelbar vor dem Umschalten in den zweiten Betriebszustand ein Momentenabbau erforderlich.
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Bei Homogen-Brennverfahren mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 kann die Vorfüllung des Saugrohrs über eine Momentenreserve erzeugt werden, in dem der Lastpunkt über die Drosselklappe 30 erhöht wird und gleichzeitig der Zündwinkel verspätet wird. Während der aktiven Momentenreserve muss eine Kraftstoffmasse stöchiometrisch zur angesaugten Luftmasse eingespritzt werden. Durch die Zündwinkelspätstellung wird ein Großteil der erhöhten Zylinderfüllung nicht zur Generation des Motormomentes verwendet, sondern wandert als thermische Energie in den Abgastrakt. Durch die hohe Dynamik der Zündwinkelvorgabe kann zyklusgenau bei jedem nachfolgenden Zylinder das geforderte Drehmoment eingestellt werden, mit dem Nachteil eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs, der bei jedem Umschaltvorgang zwischen den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors wirken würde.
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Das im Folgenden anhand von 2 in Verbindung mit 1 beschriebene Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 erlaubt eine Umschaltung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 mit unterschiedlichen Drehmomenten, wobei Drehmomentschwankungen weitestgehend vermieden werden können und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und damit auch die Emissionen reduziert sind.
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Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors 1 wird der Verbrennungsmotor 1 mit einem Zylinder 10 umfassend den Brennraum 11 zum Verbrennen eines ersten oder zweiten Kraftstoff-Luftgemischs zum Erzeugen eines ersten Drehmoments M1 in einem ersten Betriebszustand B1 des Verbrennungsmotors 1 und zum Verbrennen eines dritten Kraftstoff-Luftgemischs zur Erzeugung eines zweiten gegenüber dem ersten Drehmoment erhöhten Drehmoments M2 in einem zweiten Betriebszustand B2 des Verbrennungsmotors bereitgestellt. Der Verbrennungsmotor 1 wird zu einem Zeitpunkt t2 von dem ersten Betriebszustand B1, in dem er das erste Drehmoment M1 erzeugt, in einen zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet, in dem er das zweite höhere Drehmoment M2 zur Verfügung stellt. Im ersten Betriebszustand B1 des Verbrennungsmotors wird das Saugrohr 20 vor einem ersten Zeitpunkt t1 vor dem Umschalten des Verbrennungsmotors in den zweiten Betriebszustand B2 mit einer ersten Luftmasse L1 gefüllt. Zum Erzeugen des ersten Drehmoments M1 in dem ersten Betriebszustand B1 des Verbrennungsmotors vor dem ersten Zeitpunkt t1 wird das erste Kraftstoff-Luftgemisch aus der ersten Luftmasse L1 und einer ersten Menge an Kraftstoff K1 zur Verbrennung in dem Brennraum 11 des Zylinders 10 erzeugt. Die erste Menge an Kraftstoff K1 ist dabei derart gewählt, dass das erste Kraftstoff-Luftgemisch ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis aufweist.
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Nach dem ersten Zeitpunkt t1 und vor dem zweiten Zeitpunkt t2, zu dem die Verbrennungsmotor in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird, wird das Saugrohr 20 mit einer zweiten, gegenüber der ersten Luftmasse L1 größeren Luftmasse L2 gefüllt. Dazu wird die Stellung der Drosselklappe 30 entsprechend verändert. Zum Erzeugen des ersten Drehmoments M1 nach dem ersten Zeitpunkt t1 und vor dem zweiten Zeitpunkt t2 wird das zweite Kraftstoff-Luftgemisch aus der zweiten Luftmasse L2 und einer zweiten Menge an Kraftstoff K2 zur Verbrennung in dem Brennraum 11 des Zylinders 10 erzeugt. Dabei wird die zweite Menge an Kraftstoff K2 im Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren des Momentenabbaus über einen Zündwinkelverzug nun derart gewählt, dass das zweite Kraftstoff-Luftgemisch ein verarmtes Verbrennungsluftverhältnis aufweist. Die zweite Kraftstoffmenge K2 ist vorzugsweise gleich der ersten Kraftstoffmenge K1. Sie kann jedoch auch geringer als die erste Menge an Kraftstoff K1 oder auch geringfügig größer als die erste Kraftstoffmenge K1 sein.
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Zum zweiten Zeitpunkt t2 erfolgt das Umschalten des Verbrennungsmotors 1 von dem ersten in den zweiten Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor 1 das zweite höhere Drehmoment bereitstellen muss, da im zweiten Betriebszustand des Verbrennungsmotors beispielsweise ein Verbraucher zugeschaltet wird oder zum Beispiel eine Zylinderabschaltung erfolgt. Der Verbrennungsmotor wird nun derart gesteuert, dass das Saugrohr 20 zum Bereitstellen des Kraftstoff-Luftgemischs für einen Verbrennungsvorgang in den zweiten Betriebszustand B2 nach dem zweiten Zeitpunkt t2 weiterhin mit der zweiten Luftmasse L2 gefüllt wird. Zum Erzeugen des zweiten höheren Drehmoments M2 im zweiten Betriebszustand des Verbrennungsmotors nach dem zweiten Zeitpunkt t2 wird das dritte Kraftstoff-Luftgemisch aus der zweiten Luftmasse L2 und einer dritten Menge an Kraftstoff K3 zur Verbrennung in dem Brennraum 11 des Zylinders 10 erzeugt.
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Die dritte Menge an Kraftstoff K3 ist dabei größer als die erste Menge an Kraftstoff K1 und auch größer als die zweite Kraftstoffmenge K2. Die dritte Menge an Kraftstoff K3 ist insbesondere derart gewählt, dass das dritte Kraftstoff-Gemisch ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis aufweist.
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Durch Einstellung eines mageren Verbrennungsluftverhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt muss für den Momentenabbau bei gleichbleibend hoher Füllung des Saugrohrs 20 weniger Kraftstoff in den Brennraum 11 des Zylinders 10 eingespritzt werden. Wie bei der Zündwinkelverstellung kann auch beim Momentenabbau über Magerbetrieb die Einspritzmenge zyklusgenau verstellt werden und erreicht damit die gleiche Dynamik.
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Im Unterschied zu dem Verfahren des Momentenabbaus über einen Zündwinkelverzug wird der Zündwinkel beim Betreiben des Verbrennungsmotors 1 im ersten Betriebszustand B1 vor dem ersten Zeitpunkt t1 im Vergleich zum Betreiben des Verbrennungsmotor 1 im ersten Betriebszustand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt t1 und t2 nicht verändert. Insbesondere wird der Verbrennungsmotor 1 im ersten Betriebszustand vor dem ersten Zeitpunkt t1 und auch zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt t1 und t2 mit einem Wirkungsgrad-optimalen Zündwinkel betrieben. Der Magerbetrieb eignet sich daher gleichermaßen zum Aufbau der Saugrohrfüllung bei gleichem Lastpunkt wie der Zündwinkelverzug, hat aber einen signifikanten Verbrauchsvorteil und führt zu weniger CO2-Emissionen.
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Mit einer stärkeren Gemischabmagerung nach dem ersten Zeitpunkt t1 und vor dem zweiten Zeitpunkt t2 steigt jedoch die Laufunruhe des Verbrennungsmotors 1 an. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors 1 kann zur Reduzierung der Laufunruhe vorgesehen sein, den Verbrennungsmotor 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt t1 und t2 mit einer Mehrfacheinspritzung zu betreiben. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt t1 und t2 mit einer Mehrfacheinspritzung und mindestens einem geschichteten Einspritzpuls betrieben werden. Eine derartige Einspritzstrategie erlaubt eine Stabilisierung der Verbrennung und damit eine Reduktion der Laufunruhe.
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Die Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge K2 zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 kann beispielsweise mittels eines Homogen-Pulses und mindestens einem Schichtpuls erfolgen. Die frühe Einspritzung des Homogen-Pulses erfolgt beispielsweise, wenn sich der Kolben 60 im Brennraum 11 nach unten bewegt. Der mindestens eine Schichtpuls wird im Vergleich zu dem Homogen-Puls relativ spät abgesetzt, beispielsweise in der Phase, in der sich der Kolben 60 im Brennraum 11 nach oben bewegt.
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In den 3A und 3B sind verschiedene Parameter, die das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors für eine momentneutrale Umschaltung zwischen dem ersten und zweiten Betriebszustand kennzeichnen, dargestellt. Im ersten Diagramm der 3A ist der Lambdawert, der die Laufunruhe kennzeichnende Varianzkoeffizient des indizierten Zylindermitteldrucks (PI_V[%]) sowie der Parameter CMB-Mode, der eine Einfachbeziehungsweise Mehrfacheinspritzung angibt, dargestellt. Im zweiten Diagramm der 3B ist der Einspritzwinkel (SOI [°CRK]) sowie der Parameter FAC_MFF_SPLIT, der angibt, in welchem Verhältnis der insgesamt eingespritzte Kraftstoff auf die verschiedenen Einspritzpulse verteilt wird, aufgetragen. Im dritten Diagramm der 3A ist der Einspritzwinkel (IGA [°CRK]) sowie das mittlere Drehmoment TQ_M[Nm] angegeben.
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Im ersten Diagramm der 3B ist der Kohlendioxidausstoß (CO[%])sowie der Kraftstoffverbrauch in g/kWh angegeben. Das zweite Diagramm der 3B zeigt den Ausstoß an Kohlenwasserstoffen (HC[ppm]), die Stickoxid-Emissionen (NOX[ppm]) sowie die Temperatur ϑ vor dem Katalysator. Der in den Diagrammen der 3A und 3B gezeigte Lastpuls liegt bei einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute und einem Drehmoment von 200 Nm. Die Diagramme zeigen zunächst eine Gegenüberstellung des Verfahrens zur Erzeugung eines Drehmomentabbaus mittels des Zündwinkelverzugs (Messpunkte 1 bis 5) und des Verfahrens zur Erzeugung des Momentenabbaus durch Betreiben des Verbrennungsmotors 1 im Magerbetrieb. Bei dem Verfahren des Momentenabbaus über den Zündwinkelverzug wird der Zündwinkel zwischen den Messpunkten 1 bis 5 von circa 15° bis auf circa -5° reduziert. Wie anhand des ersten und dritten Diagramms der 3A deutlich wird, reduziert der Verzug vom Wirkungsgrad-optimalen Zündwinkel hin zu späten Zündwinkeln das Drehmoment bei gleichzeitigem Anstieg der Laufunruhe. Des Weiteren zeigen das erste und zweite Diagramm der 3B, dass der Verzug zu späten Zündwinkeln hin einen erheblichen Anstieg des Kraftstoffverbrauchs sowie der Abgastemperatur zur Folge hat.
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Wie ein Vergleich der Diagramme zeigt, lässt sich mit dem Verfahren zum Momentenabbau mittels der Gemischabmagerung (Messpunkte 6 bis 12) die Momentenreserve im gleichen Rahmen mit einem Verbrauchsvorteil an Kraftstoff von 20% reduzieren. Wie anhand des ersten Diagramms der 3A deutlich wird, tritt jedoch eine Erhöhung der Laufunruhe des Motors ein.
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Zur Stabilisierung der Laufruhe wird bei dem Verfahren zum Momentenabbau mittels Gemischabmagerung zwischen den Messpunkten 14 und 23 eine Einspritzstrategie mit Mehrfacheinspritzung und einem geschichteten Einspritzpuls eingesetzt. Wie im zweiten Diagramm der 3A deutlich wird, wird der homogene Puls bei einem Einspritzwinkel von circa 300° abgesetzt. Der zweite Puls (Schichtpuls) wird ab dem Messpunkt 14 zunächst bei einem Einspritzwinkel von circa 240° abgesetzt und sinkt bis zum Messpunkt 23 auf 80° vor dem oberen Totpunkt. Wie anhand des ersten Diagramms der 3A deutlich wird, erlaubt die Einspritzstrategie mit Mehrfacheinspritzung und einem Schichtpuls eine Reduktion der Laufunruhe auf das gleiche Niveau wie bei der Zündwinkelverstellung. Einspritzzeitpunkt(e) und Masse (n) der Schichtpulse (s) müssen dabei so gewählt werden, dass zum Zeitpunkt der Zündung eine homogene Gemischwolke um die Zündkerze existent ist.
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4 verdeutlicht die Wirksamkeit der Verfahren zum Betreiben des Verbrennungsmotors 1, wobei der Momentenabbau über den Magerbetrieb beziehungsweise über späte Zündwinkel ermöglicht wird. Dargestellt ist der indizierte Zylinderinnendruck bei verschiedenen Kurbelwinkeln für den Betrieb des Verbrennungsmotors ohne Momentenabbau (Kurven P1, P2 und P3), mit Momentenabbau über Zündwinkelverzug (Kurve P4) und mit Momentenabbau über Magerbetrieb (Kurve P5).
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Beim Betrieb des Verbrennungsmotors ohne Momentenabbau wird die Verbrennung des Verbrennungsmotors mit wirkungsgrad-optimaler Zündung gesteuert. Der Zündzeitpunkt liegt bei ca. 10° vor dem oberen Totpunkt, wie die Kurven P1 bis P3 zeigen. Beim Betreiben des Verbrennungsmotors mit Momentenabbau über Zündwinkelverzug findet die Zündung bei ca. 20° nach dem oberen Totpunkt statt. Wie der Kurvenverlauf P4 zeigt, ist der indizierte Zylinderinnendruck und damit das realisierte Drehmoment aufgrund der späten Zündung deutlich niedriger als bei den Druckverläufen P1 bis P3. Beim Betreiben des Verbrennungsmotors im Magerbetrieb (Kurve P5) vor dem Umschalten in den zweiten Betriebszustand wird das Kraftstoff-Luftgemisch wie beim Betreiben des Verbrennungsmotors im Normalbetrieb ohne Momentenabbau mit wirkungsgradoptimalem Zündzeitpunkt gezündet. Aufgrund des verarmten Verbrennungsluftverhältnisses ist der indizierte Zylinderinnendruck und damit das realisierte Drehmoment beim Kurvenverlauf P5 jedoch niedriger als beim Normalbetrieb des Verbrennungsmotors.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Motorsteuergerät
- 10
- Zylinder
- 11
- Brennraum
- 20
- Saugrohr
- 30
- Drosselklappe
- 40
- Luftzuführung
- 50
- Abgasrohr
- 60
- Kolben
- 70
- Einspritzdüse
- 80
- Zündkerze
- 90
- Einlassventil
- 100
- Auslassventil
