-
Stand der Technik
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors bei negativer Lastdynamik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
-
Das technische Umfeld der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor, der mit einer direkt in Brennräume des Verbrennungsmotors erfolgenden Einspritzung von Benzin arbeitet. Zusätzlich kann eine Saugrohreinspritzung vorgesehen sein. Die Dynamik eines solchen, mit Benzin betriebenen Verbrennungsmotors, wird durch die Dynamik seines Luftsystems bestimmt. Unter dem Luftsystem wird dabei die Summe aller Komponenten des Verbrennungsmotors verstanden, die in seinem Betrieb einen Einfluss auf die Füllung seiner Brennräume mit Luft haben. Zu diesen Komponenten zählen insbesondere die Luft führende Komponenten wie das Saugrohr und die Luftmenge steuernde Stellglieder wie Drosselklappen und/oder variabel steuerbare Einlassventile, also Einlassventile deren Steuerzeiten und/oder Öffnungsquerschnitte variabel steuerbar sind.
-
Unter der Dynamik wird dabei die Geschwindigkeit verstanden, mit der das betreffende System, sei es der Verbrennungsmotor als Ganzes oder sein Luftsystem, auf eine Änderung einer Anforderung an das System reagiert. An den Verbrennungsmotor werden zum Beispiel Drehmomentanforderungen gestellt. Dies Drehmomentanforderungen werden erfüllt, indem über das Luftsystem eine der Drehmomentanforderung entsprechende Füllung der Brennräume mit Luft eingestellt wird, über das Kraftstoffsystem eine dazu passende Kraftstoffmenge zugemessen wird, und die im Brennraum resultierende Mischung aus Kraftstoff und Luft zu einem geeigneten Zündzeitpunkt gezündet wird.
-
Drehmomentanforderungen an den Verbrennungsmotor ergeben sich zum Beispiel aus dem Fahrerwunsch beim Beschleunigen oder Abbremsen des Kraftfahrzeugs, und/oder aus Forderungen von Fahrstabilitätsprogrammen und/oder Getriebesteuerungsprogrammen und/oder Drehzahlregelungsprogrammen, die im Betriebs des Kraftfahrzeugs aktiv sind. Um ein schnelles Reagieren des Verbrennungsmotors auf Änderungen der Drehmomentanforderungen zu ermöglichen, wird deshalb versucht eine Änderung der Luftfüllung möglichst schnell zu gestalten.
-
Für eine optimale Gemischaufbereitung im warmen Motorzustand sollte der Zeitpunkt der Benzin-Einspritzung früh (im Ansaugtakt) liegen. Bis zur im Verdichtungstakt erfolgenden Zündung der Brennraumfüllung steht dann relativ viel Zeit zur Verfügung, was sich günstig auf die Gemischaufbereitung im Brennraum auswirkt. Um diese frühe Benzin-Einspritzung zu realisieren muss der Berechnungszeitpunkt für die einzuspritzende Kraftstoffmasse bereits noch früher, also zum Beispiel im Auslasstakt liegen, der dem Ansaugtakt unmittelbar vorhergeht. Um passende Brennraumfüllungen mit vorgegebenem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zuverlässig einstellen zu können, wird die Luftfüllung vorrausschauend noch im Auslasstakt berechnet (prädiziert) und anschließend eine dazu passende Kraftstoffmasse berechnet und eingespritzt.
-
Bei schneller Luftfüllungsänderung ist diese Prädiktion oft unzureichend. Die Luftfüllung kann sich zum Beispiel beim schnellen Durchtreten des Fahrpedals so schnell ändern, dass die tatsächliche Brennraumfüllung, die sich erst mit dem Schließen der Einlassventile am Ende des Ansaugtaktes, nach dem die vorausschauende Berechnung der Füllung erfolgte, nicht mehr ändert, deutlich größer ist als die zunächst prädizierte Luftmenge. Dieser Effekt wird hier auch als positive Lastdynamik bezeichnet. Eine zur prädizierten Luftmenge unter dem Gesichtspunkt eines vorbestimmten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses passende Kraftstoffeinspritzmenge führt dann zu einem unerwünscht zu mageren Gemisch (Luftüberschuss). Bei positiver Lastdynamik besteht die Möglichkeit, eine evtl. zu geringe Kraftstoffmasse durch eine zusätzliche Einspritzung (Nachspritzer), die im Kompressionstakt erfolgt, zu korrigieren. Dazu wird zu einem späteren Zeitpunkt die Luftfüllung erneut berechnet und basierend darauf eine ggf. notwendige zusätzliche Kraftstoffmasse bestimmt.
-
Die bisher verwendete zusätzliche Einspritzung (Nachspritzer) bei Lastdynamik erlaubt eine Anpassung der Kraftstoffmasse nur bei positiver Lastdynamik. Die Luftfüllung kann sich jedoch in die entgegengesetzte Richtung ändern. Die Luftfüllung kann sich zum Beispiel beim schnellen Loslassen des Fahrpedals so schnell ändern, dass die tatsächliche Brennraumfüllung, die sich erst mit dem Schließen der Einlassventile nicht mehr ändert, deutlich kleiner ist als die bei noch offenen Einlassventilen zunächst prädizierte Luftmenge, was hier auch als negative Lastdynamik bezeichnet wird. Bei negativer Lastdynamik kann eine zu hohe prädizierte Luftfüllung zu einer zu hohen Kraftstoffmasse und damit zu einem vorübergehend unerwünscht zu fettem Gemisch führen, was die Abgasemissionen des Verbrennungsmotors vergrößert und den Verbrauch erhöht.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit dem diese Nachteile vermieden oder zumindest verringert werden.
-
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
-
Bei der Erfindung wird dann, wenn eine negative Lastdynamik (Luftfüllungsabbau) erkannt wird (z.B. durch einen hohen negativen Gradient des Luftfüllungssollwerts), die Einspritzmasse basierend auf der prädizierten Luftfüllung berechnet und anschließend um einen bestimmten Wert verringert. Aus dem Einspritzen dieser Kraftstoffmasse resultiert zunächst eine theoretisch zu magere Brennraumfüllung. Zu einem späteren Zeitpunkt, aber noch vor einer Zündung der zu mageren Brennraumfüllung wird die Luftfüllung erneut berechnet. Diese neue Berechnung ist auf Grund des kürzeren Vorausschau-Zeitraums (Prädiktionshorizontes) genauer. Basierend darauf wird die tatsächlich notwendige Kraftstoffmasse bestimmt und die notwendige Differenzmenge zur bereits eingespritzten Kraftstoffmasse mit einer zusätzlichen Einspritzung in den Brennraum im Kompressionstakt eingespritzt. Dadurch kann auch in der negativen Lastdynamik ein Gemisch mit vorgegebenem Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum sichergestellt werden.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die zusätzliche Kraftstoffmasse im Verdichtungstakt eingespritzt wird.
-
Bevorzugt ist auch, dass der erste Berechnungskurbelwellenwinkelwert in einem Auslasstakt liegt.
-
Ferner ist bevorzugt, dass der zweite Berechnungskurbelwellenwinkelwert am Ende des auf den Auslasstakt folgenden Einlasstaktes liegt.
-
Bevorzugt ist auch, dass eine negative Lastdynamik erkannt wird, wenn eine Änderungsgeschwindigkeit einer prädizierten Luftfüllung ml oder der Änderungsgeschwindigkeit eines Sollwerts der Luftfüllung oder die Änderungsgeschwindigkeit der Stellposition eines die Luftfüllung beeinflussenden Stellgliedes, beispielsweise des Öffnungswinkels einer Drosselklappe negativ ist und der Betrag der Änderungsgeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schwellenwert der Änderungsgeschwindigkeit dadurch definiert ist, dass die Änderung des Wertes der prädizierten Luftfüllung ml oder eines Sollwerts der Luftfüllung oder der Stellposition eines die Luftfüllung beeinflussenden Stellgliedes, beispielsweise des Öffnungswinkels einer Drosselklappe, zwischen dem ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert und dem zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert 20 % des Wertes beträgt, den die prädizierte Luftfüllung ml oder der Sollwert der Luftfüllung oder der Stellposition eines die Luftfüllung beeinflussenden Stellgliedes, beispielsweise des Öffnungswinkels einer Drosselklappe, bei dem ersten Berechnungskurbelwellenwinkel besessen hat. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmasse so bestimmt wird, dass sich mit der zugehörigen prädizierten Luftfüllung ein vorbestimmtes Kraftstoff/Luft-Verhältnis ergibt.
-
Mit Blick auf Ausgestaltungen des Steuergeräts ist bevorzugt, dass dieses dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert ist, den Ablauf eines Verfahrens nach wenigstens einer dieser Ausgestaltungen des Verfahrens zu steuern.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 einen Verbrennungsmotor mit Sensoren und Stellgliedern als technisches Umfeld der Erfindung;
-
2 Verläufe von Luftfüllungen ml eines Brennraums zusammen mit einem Timing von Einspritzungen und der Zündung der Brennraumfüllung bei positiver Lastdynamik;
-
3 Verläufe von Luftfüllungen ml eines Brennraums zusammen mit einem Timing von Einspritzungen und der Zündung der Brennraumfüllung bei negativer Lastdynamik beim Stand der Technik;
-
4 Verläufe von Luftfüllungen ml eines Brennraums zusammen mit einem Timing von Einspritzungen und der Zündung der Brennraumfüllung bei negativer Lastdynamik bei der Erfindung; und
-
5 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Brennraum 12, der von einem Kolben 14 beweglich abgedichtet wird. Der Verbrennungsmotor 10 arbeitet mit Fremdzündung und mit direkter Einspritzung von Benzin in den Brennraum. Zusätzlich kann eine Einspritzung von Benzin in das Saugrohr 16 vor ein Einlassventil 18 oder die Einlassventile des Brennraums erfolgen, wenn der Verbrennungsmotor zusätzlich wenigstens ein in das Saugrohr einspritzendes Einspritzventil aufweist. Über das wenigstens eine Einlassventil 18 wird der Brennraum 12 mit Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch gefüllt. Dieser Brennraumfüllung wird über das in den Brennraum einspritzende Direkteinspritzventil 20 Kraftstoff zugemessen. Die resultierende Brennraumfüllung mit Kraftstoff/Luftgemisch wird mit einer Zündvorrichtung 22 gezündet. Verbranntes Restgas wird über wenigstens ein Auslassventil 24 ausgestoßen.
-
Die Werte der Brennraumfüllungen mit Luft oder die Werte der Luftanteile an den Brennraumfüllungen werden von einem Steuergerät 26 ermittelt, das dazu Signale L eines Luftmassenmessers 28 und/oder ps eines Saugrohrdrucksensors 30 und eines Kurbelwellenwinkelsensors 32 verarbeitet. Aus dem Signal der Kurbelwellenwinkelsensors bestimmt das Steuergerät 26 auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Ein Fahrpedalsensor 34 erfasst den Drehmomentwunsch eines Fahrers. Aus den Signalen der genannten Sensoren und/oder weiteren Sensoren bildet das Steuergerät Stellgrößen zur Ansteuerung von Stellgliedern zu Steuerung des Verbrennungsmotors. Zu diesen Stellgliedern gehört im dargestellten Fall ein Drosselklappenstellglied 36, mit dem die in den Verbrennungsmotor strömende Luft reguliert wird, das Direkteinspritzventil 20, mit dem die Kraftstoff in den Brennraum 12 dosiert wird, und die Zündvorrichtung 22, mit der Brennraumfüllungen gezündet werden. Die genannten Sensoren und Stellglieder stellen keine abschließende Aufzählung von Sensoren und Stellgliedern dar. Die Einlassventile und die Auslassventile werden zum Beispiel mit einer mit der Kolbenbewegung synchronisierten Betätigungsmechanik geöffnet und geschlossen.
-
Im Einzelnen zeigt die 2 einen Verlauf 40 einer Luftfüllung ml eines Zylinders, beziehungsweise eines Brennraums 12 des Verbrennungsmotors 10 über dem Kurbelwellenwinkel KW für einen Ausschnitt aus einem Arbeitszyklus eines Viertaktverbrennungsmotors zusammen mit einem Timing von Einspritzungen 42, 44 von Benzin in den Brennraum 12 und der Zündung 46 der Brennraumfüllung. Unter einem Arbeitszyklus wird in dieser Anmeldung jede sich periodisch wiederholende Abfolge der vier aufeinander folgenden Takte eines Viertaktmotors verstanden, zum Beispiel und insbesondere auch die Abfolge Auslasstakt, Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt.
-
Der Verlauf 40 ordnet jeweils einem Kurbelwellenwinkelwert KW einen Wert ml derjenigen Brennraumfüllung zu, der sich beim Schließen des letzten Einlassventils 18 des betreffenden Brennraums 12 unter der Voraussetzung ergibt, dass sich die Parameter, welche die Füllung bestimmen, zwischen dem genannten Kurbelwellenwinkelwert KW und dem Kurbelwellenwinkelwert ES, bei dem das letzte Einlassventil 18 des betreffenden Brennraums schließt, nicht verändern. Mit anderen Worten: Die Kurve 40 gibt für jeden Kurbelwellenwinkelwert eine Füllung an, die sich in dem betreffenden Brennraum beim Schließen des letzten Einlassventils des Brennraums ergibt, wenn sich die maßgeblichen Bedingungen bis dahin nicht verändern. Die sich beim Schließen des letzten Einlassventils des Brennraums tatsächlich ergebende Füllung wird im Folgenden auch als tatsächliche Füllung bezeichnet.
-
Mit Ausnahme des Wertes ml(ES), der sich bei für den Kurbelwellenwinkel ES des Schließzeitpunktes des Einlassventils des betreffenden Zylinders einstellt, sind die Werte der tatsächlichen Füllung nur theoretische Werte.
-
Die Voraussetzung konstanter Parameter ist im stationären Betrieb des Verbrennungsmotors mit nahezu konstanter Fahrpedalstellung und nahezu konstanter Drehzahl gut erfüllt. In instationären Betriebszuständen kann aber nicht mehr davon ausgegangen werden, dass diese Voraussetzung erfüllt ist. Beim schnellen Durchtreten des Fahrpedals kann sich der Saugrohrdruck vor den Einlassventilen so schnell erhöhen, dass sich der Wert der tatsächlichen Füllung, der sich beim Schließen des letzten Einlassventils des Brennraums ergibt, über der Länge eines Taktes des Verbrennungsmotors, also über einer Winkelspanne von etwa 180° Kurbelwellenwinkel, stark ansteigt.
-
Dies spiegelt sich im ansteigenden Verlauf der gestrichelten Kurve 40 in der 2 wider, die sich auf den Fall einer positiven Lastdynamik bezieht.
-
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 2 das für positive Lastdynamik bekannte Verfahren beschrieben.
-
Bei einem ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW1 wird auf der Basis der prädizierten Luftfüllung ml, die durch den Verlauf 40 gegeben ist, eine erste Kraftstoffmasse berechnet. Dabei wird entweder auf eine im Steuergerät 26 fortlaufend neu prädizierte Luftfüllung zugegriffen oder es wird ein Wert der Luftfüllung ml1 speziell für diesen ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW1 prädiziert, das heißt, berechnet.
-
Entsprechende Berechnungsverfahren sind bekannt und basieren zum Beispiel auf dem gemessenen oder modellierten Saugrohrdruck, oder, im Falle aufgeladener Motoren, auf dem Ladedruck, und/oder auf dem Signal eines Luftmassenmessers 28, das die pro Zeiteinheit oder Kurbelwellenwinkeleinheit in den Verbrennungsmotor strömende Luftmasse erfasst, und oder einer Stellung eines Luftmassenstellgliedes 36, das die in den Verbrennungsmotor strömende Frischluft steuert, beispielsweise einer Drosselklappe und/oder eines Stellglieds einer variablen Steuerung des Einlassventils und/oder Auslassventils des Brennraums, wobei durch Berücksichtigen der Zahl der Brennräume und der Drehzahl des Verbrennungsmotors Werte einzelner Brennraumfüllungen mit Luft berechnet werden.
-
Aus der so prädizierten Luftmasse einer Brennraumfüllung wird unter Berücksichtigung eines Sollwertes für das Kraftstoff/Luftverhältnis der Brennraumfüllung die passende Kraftstoffmasse berechnet. Für ein zum Beispiel stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Verhältnis ist die Luftmasse das 14,7-fache der Kraftstoffmasse.
-
Diese Kraftstoffmasse wird im Ansaugtakt mit der Einspritzung 42 in den Brennraum eingespritzt, so dass bis zur Zündung relativ viel Zeit für eine homogene Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum 12 zur Verfügung steht.
-
Bei einem zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW2 wird auf der Basis der aktuelleren prädizierten Luftfüllung, die durch den Verlauf 40 gegeben ist, eine zweite einzuspritzende Kraftstoffmasse berechnet. Dabei wird auch hier entweder auf eine im Steuergerät fortlaufend neu prädizierte Luftfüllung zugegriffen oder es wird ein Wert ml2 der Luftfüllung speziell für diesen zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW2 prädiziert. Die zweite einzuspritzende Kraftstoffmasse wird so bestimmt, dass sie in der Summe mit der ersten einzuspritzenden Kraftstoffmasse und der für den zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert prädizierten, bei positiver Lastdynamik größeren Luftfüllung das gewünschte Kraftstoff/Luft-Verhältnis ergibt. Diese Kraftstoffmasse wird im Kompressionstakt mit einer zusätzlichen Einspritzung 44 eingespritzt. Mit der Summe aus erster Einspritzung und zweiter Einspritzung wird der sich aus der tatsächlichen Luftfüllung ml(ES) ergebende Kraftstoffbedarf besser abgedeckt als allein mit der ersten Einspritzung. Die höhere Genauigkeit ergibt sich daraus, dass die zum Zeitpunkt/Kurbelwellenwinkel KW2 für den Zeitpunkt/Kurbelwellenwinkel ES prädizierte Luftfüllung ml2 aufgrund des kleinen Abstandes zum Zeitpunkt/Kurbelwellenwinkel ES der tatsächlichen Luftfüllung ml(ES) genauer entspricht als die bei einem größeren Abstand bestimmte Luftfüllung ml1.
-
Die gemäß der 2 verwendete zusätzliche Einspritzung 44 erlaubt eine Anpassung der insgesamt einzuspritzenden Kraftstoffmasse nur bei positiver Lastdynamik. Die prädizierte Luftfüllung kann sich jedoch auch in die entgegengesetzte Richtung ändern. Die Luftfüllung kann sich zum Beispiel beim schnellen Loslassen des Fahrpedals so schnell ändern, dass die tatsächliche Brennraumfüllung, die sich erst mit dem Schließen der Einlassventile 18 nicht mehr ändert, deutlich kleiner ist als die bei noch offenen Einlassventilen noch im vorhergehenden Auslasstakt zunächst prädizierte Luftmenge. Eine solche Verkleinerung wird im Folgenden auch als negative Lastdynamik bezeichnet.
-
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 3 das bekannte Verfahren in einer Situation mit negativer Lastdynamik beschrieben.
-
Bei einem ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW1 wird auf der Basis der prädizierten Luftfüllung, die durch den Verlauf 40 gegeben ist, eine erste Kraftstoffmasse berechnet. Die Berechnung erfolgt so, wie es im Zusammenhang mit der 2 beschrieben worden ist. Im Ergebnis wird also aus der prädizierten Luftmasse ml einer Brennraumfüllung unter Berücksichtigung eines Sollwertes für das Kraftstoff/Luftverhältnis der Brennraumfüllung die passende Kraftstoffmasse berechnet. Diese Kraftstoffmasse wird im Ansaugtakt mit der Einspritzung 48 in den Brennraum eingespritzt, so dass bis zur Zündung relativ viel Zeit für eine homogene Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum zu Verfügung steht.
-
In dem dargestellten Fall ist die beim Durchlaufen des ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwerts KW1 prädizierte Luftfüllung ml größer als die sich später beim Schließen ES des letzten Einlassventils 18 ergebende tatsächliche Luftfüllung ml(ES). Da die im Ansaugtakt eingespritzte Kraftstoffmenge mit dem Ziel der Einstellung eines gewünschten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses berechnet worden war, ergibt sich ein zu fettes Gemisch mit den oben genannten nachteiligen Folgen, insbesondere für die Abgasqualität.
-
Die 4 zeigt einen Verlauf 40 von Luftfüllungen eines Zylinders, beziehungsweise eines Brennraums 12 eines Verbrennungsmotors 10 über dem Kurbelwellenwinkel für einen Ausschnitt aus einem Arbeitszyklus eines Viertaktverbrennungsmotors 10 zusammen mit einem Timing von Einspritzungen 50, 52 von Benzin in den Brennraum für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Situation mit negativer Lastdynamik.
-
Die Kurve 40 ordnet jeweils einem Kurbelwellenwinkelwert einen Wert derjenigen Brennraumfüllung zu, der sich beim Schließen des letzten Einlassventils 18 des betreffenden Brennraums 12 unter der Voraussetzung ergibt, dass sich die Parameter, welche die Füllung bestimmen, zwischen dem genannten Kurbelwellenwinkelwert und dem Kurbelwellenwinkelwert ES, bei dem das letzte Einlassventil des betreffenden Brennraums 12 schließt, nicht verändern. Mit anderen Worten: Die Kurve 40 gibt für jeden Kurbelwellenwinkelwert eine Füllung an, die sich in dem betreffenden Brennraum beim Schließen des letzten Einlassventils des Brennraums ergibt, wenn sich die maßgeblichen Bedingungen bis dahin nicht verändern. Die sich beim Schließen des letzten Einlassventils des Brennraums tatsächlich ergebende Füllung wird im Folgenden auch als tatsächliche Füllung bezeichnet.
-
Mit Ausnahme des Wertes, der sich bei für den Kurbelwellenwinkel ES des Schließzeitpunktes des Einlassventils 18 des betreffenden Zylinders einstellt, sind die Werte der tatsächlichen Füllung nur theoretische Werte.
-
Die Voraussetzung konstanter Parameter ist im stationären Betrieb des Verbrennungsmotors mit nahezu konstanter Fahrpedalstellung und nahezu konstanter Drehzahl gut erfüllt. In instationären Betriebszuständen kann aber nicht mehr davon ausgegangen werden, dass diese Voraussetzung erfüllt ist. Beim schnellen Loslassen des Fahrpedals kann sich der Saugrohrdruck ps vor den Einlassventilen 18 so schnell verringern, dass sich der Wert der tatsächlichen Füllung, der sich beim Schließen des letzten Einlassventils 18 des Brennraums 12 ergibt, über der Länge eines Taktes des Verbrennungsmotors, also über eine Winkelspanne von etwa 180° Kurbelwellenwinkel, stark verringert.
-
Dies spiegelt sich im abfallenden Verlauf der gestrichelten Kurve 40 in der 4 wider, die sich auf den Fall einer negativen Lastdynamik bezieht.
-
Im Folgenden wird unter Bezug auf den in der 4 dargestellten Verlauf 40 und die dort angegebenen Werte und unter Bezug auf das Flussdiagramm der 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wie es vom Steuergerät 26 abgearbeitet wird.
-
Die einzelnen Blöcke im Flussdiagramm der 5 entsprechen dabei je nach Zusammenhang Programmmodulen, die selbst wieder in weitere Schritte unterteilbar sind, oder einzelnen Schritten. Aus einem Block S1, der ein übergeordnetes Programm zur Steuerung des Verbrennungsmotors repräsentiert, wird ein Schritt S2 erreicht, in dem bei einem ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW1 auf der Basis der prädizierten Luftfüllung ml, die durch den Verlauf 40 in der 4 gegeben ist, eine erste Kraftstoffmasse mk1 berechnet. Dabei wird entweder auf eine im Steuergerät 26 fortlaufend neu prädizierte Luftfüllung zugegriffen, oder es wird ein Wert der Luftfüllung ml(KW1) speziell für diesen ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW1 prädiziert.
-
Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, sind entsprechende Berechnungsverfahren bekannt und basieren zum Beispiel auf dem gemessenen oder modellierten Saugrohrdruck ps, oder, im Falle aufgeladener Motoren, auf dem Ladedruck, und/oder dem Signal L eines Luftmassenmessers, das den pro Zeiteinheit oder Kurbelwellenwinkeleinheit in den Verbrennungsmotor Luftmassenstrom erfasst, und oder einer Stellung eines Luftmassenstellgliedes, das die in den Verbrennungsmotor strömende Frischluft steuert, beispielsweise einer Drosselklappe und/oder eines Stellgliedes einer variablen Steuerung des Einlassventils und/oder Auslassventils des Brennraums, wobei durch Berücksichtigen der Zahl der Brennräume und der Drehzahl des Verbrennungsmotors Werte einzelner Brennraumfüllungen mit Luft berechnet werden.
-
Aus der so prädizierten Luftmasse einer Brennraumfüllung wird unter Berücksichtigung eines Sollwertes für das Kraftstoff/Luftverhältnis der Brennraumfüllung die passende Kraftstoffmasse berechnet. Für ein zum Beispiel stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Verhältnis ist die Luftmasse das 14,7-fache der Kraftstoffmasse. Die Erfindung kann aber auch in Verbindung mit anderen Sollwerten für das Kraftstoff/Luft-Verhältnis verwendet werden.
-
In einem Schritt S3 wird ein Ausmaß nLd einer gegebenenfalls vorliegenden negativen Lastdynamik ermittelt. Dazu wird zum Beispiel die Änderungsgeschwindigkeit der prädizierten Luftfüllung ml oder der Änderungsgeschwindigkeit eines Sollwerts der Luftfüllung oder die Änderungsgeschwindigkeit der Stellposition eines die Luftfüllung beeinflussenden Stellgliedes, beispielsweise des Öffnungswinkels einer Drosselklappe ermittelt. Diese Größen liegen im Steuergerät 26 vor oder werden vom Steuergerät aus im Steuergerät vorliegenden Signalen ermittelt.
-
Im Schritt S4 wird überprüft, ob die ermittelte Lastdynamik negativ ist und ob das Ausmaß der negativen Lastdynamik einen vorbestimmten Schwellenwert SW überschreitet. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Programm in das im Block 1 ablaufende Hauptprogramm zurück.
-
Liegt dagegen eine negative Lastdynamik vor, die betragsmäßig größer als der Schwellenwert ist, verzweigt das Programm in den Schritt S5. In diesem Schritt S5 wird von der im Schritt S2 bestimmten Kraftstoffmasse mk1 zunächst ein vorbestimmter Wert dmk subtrahiert. Der zu subtrahierende Wert dmk ist bevorzugt ein fester Wert. In einer weiteren bevorzugen Ausgestaltung ist der vorbestimmte Wert dmk ein vom Ausmaß nLd der negativen Lastdynamik abhängiger Wert: Der zu subtrahierende Wert dmk ist bevorzugt umso größer, je größer das Ausmaß der negativen Lastdynamik nLd ist.
-
Das Ausmaß der negativen Lastdynamik wird zum Beispiel durch eine Änderungsgeschwindigkeit der fortlaufend prädizierten Luftfüllung charakterisiert.
-
Anschließend wird im Schritt S6 die um den vorbestimmten Wert dmk verminderte Kraftstoffmasse mk1 – dmk im Ansaugtakt eingespritzt, so dass bis zur Zündung relativ viel Zeit für eine homogene Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum zu Verfügung steht. Dies erfolgt in der 4 mit der Einspritzung 50, die als Rechteck dargestellt ist und in der 4 als schwarzes Rechteck dargestellt ist. Dieses schwarze Rechteck repräsentiert die eingespritzte Kraftstoffmasse mk1 – dmk, während der gestrichelt dargestellte Teil den subtrahierten Teil dmk darstellt.
-
Im Schritt S7 wird bei einem zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW2 auf der Basis der aktuelleren prädizierten Luftfüllung, die durch den Verlauf 40 gegeben ist, eine zweite Kraftstoffmasse mk2 berechnet. Dabei wird auch hier entweder auf eine im Steuergerät fortlaufend neu prädizierte Luftfüllung ml2 zugegriffen oder es wird ein Wert der Luftfüllung speziell für diesen zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert prädiziert. Diese neu prädizierte Luftfüllung ml2 ist auf Grund des geringeren zeitlichen Abstands (der auch gleich Null sein kann) zum Zeitpunkt/Kurbelwellenwinkel ES des Schließens des letzten Einlassventils des betreffenden Brennraums genauer als die zum ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW1 prädizierte Luftfüllung. Bei negativer Lastdynamik ist die die aktuell neu prädizierte Luftfüllung ml2 insbesondere kleiner als die beim Durchlaufen des ersten Berechnungskurbelwellenwinkelwerts KW1 prädizierte Luftfüllung ml1.
-
Die zweite Kraftstoffmasse mk2 wird so bestimmt, dass sie zusammen mit der für den zweiten Berechnungskurbelwellenwinkelwert KW2 prädizierten Luftfüllung ml2 das gewünschte Kraftstoff/Luft-Verhältnis ergibt.
-
Ein Teil dieser Kraftstoffmasse mk2 ist bereits als um den vorbestimmten Wert dmk verminderte Kraftstoffmasse mk1 – dmk im Ansaugtakt eingespritzt worden.
-
Im Schritt S8 wird der noch fehlende Teil mk3 durch einfache Differenzbildung berechnet und im Verdichtungstakt eingespritzt, wobei die Einspritzung bevorzugt am Beginn des Verdichtungstaktes erfolgt. Die Berechnung des noch einzuspritzenden, fehlenden Teils mk3 erfolgt zum Beispiel durch die Gleichung: mk3 = mk2 – (mk1 – dmk).
-
Im Extremfall kann die zusätzlich zweite einzuspritzende Kraftstoffmasse mk3 auch gleich Null sein. Die gemäß der 3 verwendete Aufteilung der Einspritzungen erlaubt eine Anpassung der insgesamt pro Brennraumfüllung einzuspritzenden Kraftstoffmasse auch bei negativer Lastdynamik.
