DE102021117657A1 - Verfahren zur qualitativen Gemischregelung zur kurzzeitigen Momentenreduktion eines stöchiometrisch betriebenen Ottomotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Drehmomentes eines im Normalbetrieb stöchiometrisch betriebenen ottomotorischen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges durch in einem Zündungspfad (Z) und/oder durch in einem Luftpfad (L) und/oder durch in einem Kraftstoffpfad (K) erfolgende Momenten-Stelleingriffe.Es ist vorgesehen, dass durch Ausgestaltung der Momentenstruktur (MS) eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors in bestimmten Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges der stöchiometrische Betrieb mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors für einen durch das Konvertierungsvolumen eines Katalysators vorgegebenen Nutzungszeitraum (λtNutz) verlassen und zumindest ein lambdageführter Momenten-Stelleingriff im Kraftstoffpfad (K) vorgenommen wird, in dem der mindestens eine Zylinder über den Kraftstoffpfad (K) überstöchiometrisch betrieben wird, wobei das Drehmoment (M) des Verbrennungsmotors in diesem vorgegebenen Zeitraum (λtNutz) um einen vorgegebenen Betrag (ΔM) des Drehmomentes (M) reduziert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Drehmomentes eines im Normalbetrieb stöchiometrisch betriebenen ottomotorischen Verbrennungsmotors durch in einem Zündungspfad und/oder durch in einem Luftpfad und/oder durch in einem Kraftstoffpfad erfolgende Momenten-Stelleingriffe.
• Zunächst wird auf die Druckschriften DE 44 07 475A1 , DE 10 2004 012 522 B3 , DE 103 26 889 B4 verwiesen, die als technologischer Hintergrund der Erfindung betrachtet werden.
• Als nächstliegender Stand der Technik wird die Druckschrift DE 10 2006 023 893 A1 angesehen. Die Druckschrift offenbart ein Verfahren zur Einstellung eines Ist-Drehmoments eines Verbrennungsmotors auf einen variablen Sollwert durch in einem Zündungspfad erfolgende Zündwinkeleingriffe und durch in einem Füllungspfad erfolgende Füllungseingriffe. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Einstellung des Drehmoments zusätzlich durch in einem Kraftstoffpfad erfolgende Lambdaeingriffe erfolgt. Ferner wird in der Druckschrift ein zur Durchführung des Verfahren eingerichtetes Steuergerät vorgestellt. Im Detail wird erläutert, dass die zusätzliche Möglichkeit, das Drehmoment über einen Lambdaeingriff zu erhöhen, dazu genutzt wird, den Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors so einzustellen, dass die Zündwinkeldrehmomentreserve möglichst gering ist. In weiteren Ausgestaltungen kann die Änderung des Zündwinkels in einem, mehreren oder allen Arbeitspunkten des Verbrennungsmotors gleich Null sein, sodass der Verbrennungsmotor in einem solchen Betriebspunkt mit einer kurbelwellenwinkelsynchronen Drehmomentverstellung und einem ergänzenden Eingriff auf den Luftpfad oder Füllungspfad arbeitet. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass drehmomentverringernde Eingriffe zunächst in dem Kraftstoffpfad vorgenommen werden und dass eine Verschlechterung eines Zündwinkelwirkungsgrades durch einen in dem Zündungspfad erfolgenden Zündungseingriff nur dann erfolgt, wenn ein Stellbereich des Lambdaeingriffs nicht zur Erzielung einer gewünschten Verringerung des Drehmoments ausreicht. In dem Kraftstoffpfad kann die Verringerung des Drehmoments durch eine Vergrößerung des Lambdawerts, also durch eine Abmagerung des Kraftstoff/Luft-Gemisches, erzielt werden.
• Es ist weiter bekannt, dass ein stöchiometrisch betriebener Ottomotor - innermotorisch - in einem überstöchiometrischen Betrieb (Magerlauf) nur zur Entdrosselung und zur Wirkungsgradsteigerung und zur NOx-Reduktion in sogenannte „Mager-/Schichtkonzepten“ genutzt wird.
• Außerdem ist es bekannt, dass eine Momentenreduktion der Verbrennungskraftmaschine bei Getriebehochschaltungen durch eine Zündwinkelverstellung A, eine Zylinderausblendung B oder den Lastabbau C oder in Kombination davon erfolgt, wobei der Lastabbau C bei elektrifizierten Konzepten über die E-Maschine beziehungsweise den Generator erfolgt.
• Es liegt dabei grundsätzlich zunächst eine sogenannte zweidimensionale Momentenstruktur MS über den Zündungspfad Z und den Luftpfad F vor, bei der gemäß 1 bei einem kurzzeitigen Momenteneingriff 1 (durch das ESP oder das Getriebe) oder einem Fahrerwunsch 2 beziehungsweise einer Fahrerwunschänderung 2 eine Veränderung des Momentes bewirkt wird.
• Die Zündwinkelverstellung A durch eine Zündwinkeländerung ΔZW im Zündungspfad Z, insbesondere eine Zündwinkelspätverstellung kann jedoch nur bis zu einer thermischen Belastbarkeitsgrenze des Abgastrakts umgesetzt werden. Solche Konzepte stoßen schnell an ihre Grenzen, sodass nicht ausreichend Moment abgebaut und das Getriebe überlastet werden kann.
• Werden Zylinder ausgeblendet (Zylinderausblendung B), entstehen in nicht gewünschter Weise NOx-Emissionen, die zum Verletzen von Grenzwerten führen können. Um dies zu vermeiden, werden die nicht ausgeblendeten Zylinder fett(er) betrieben, das heißt, die Luftmenge ΔL wird über den Luftpfad L (der auch als Füllungspfad bezeichnet wird) beispielsweise durch die Verstellung des Winkels der Drosselklappe beeinflusst, insbesondere verringert. Durch diese Kompensation entsteht im ersten Katalysator einer Abgasbehandlungsanlage in nicht gewünschter Weise eine Exothermie, die zur schnelleren Alterung und gegebenenfalls zur thermischen Überlastung der Abgasbehandlungsanlage führt.
• Die Momentenreduktion über einen Lastabbau C hat in nachteiliger Weise wiederum zeitliche Grenzen. Da die Luft im Luftpfad L in einem aufgeladenen Ottomotor träge (langsam) ist, sind Bauteilbeanspruchungen (Druckstrecke) und Performanceeinbußen das nicht gewollte Resultat.
• Die Vorgehensweisen A und B sind weniger träge, um eine Momentenreduktion zu bewirken. Mit anderen Worten, je nachdem, wie schnell eine Momentenreduktion bewirkt werden soll, ist zu beachten, in welchem zeitlichen „Korridor“ die jeweilige Vorgehensweise ihre Wirkung entfaltet.
• Die Vorgehensweisen A und B sind über die letzten Jahren durch sich verschärfende Gesetzgebungen durch Softwarelösungen optimiert worden und stoßen langsam an ihre Grenzen.
• Die Vorgehensweise C ist eine Möglichkeit, die Vorgehensweise A und B zu ersetzen, jedoch mit der erläuterten Erkenntnis, dass Performanceeinbußen unumgänglich sind. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Vorgehensweisen A, B, C kombiniert angewendet werden. Das heißt, es ist möglich die Vorgehensweise C durch die Vorgehensweisen A und B zu ersetzten oder miteinander zu kombinieren, wobei C mit A und C mit B oder auch C mit A und B kombiniert werden kann.
• Bekannt ist es zudem eine Vorgehensweise, die aus oben genannter Druckschrift DE 10 2006 023 893 A1 hervorgeht, und die in 2 verdeutlicht wird.
• Es wird eine sogenannte dreidimensionale Momentenstruktur MS bereitgestellt, in der zusätzlich zu den Vorgehensweisen A, B, C als weitere Vorgehensweise Lambdaverstellungen D, das heißt Lambdaveränderungen Δλ in einem sogenannten Kraftstoffpfad K oder „Lambdapfad“ als „dritte Dimension“ vorgenommen werden können, sodass eine weitere Stellgröße zur Einstellung des Drehmomentes genutzt werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur weiteren Verbesserung der Kraftstoff-Gemischregelung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Magerbetreib der Verbrennungskraftmaschine eines stöchiometrisch betriebenen Ottomotors bereitzustellen.
• Als struktureller Aufbau wird zur Durchführung des nachfolgend erläuterten und sich vom Stand der Technik unterscheidenden Verfahrens, ein Verbrennungsmotor mit entsprechender Peripherie benötigt, der ebenfalls in der Druckschrift DE 10 2006 023 893 A1 beschrieben ist.
• Ein Verbrennungsmotor weist wenigstens einen Brennraum auf, der von einem Kolben beweglich abgedichtet wird. Der Brennraum wird über ein Ansaugsystem mit Luft oder einem Gemisch aus Kraftstoff und Luft (Kraftstoff/Luft-Gemisch) befüllt.
• Füllungen des Brennraums werden durch eine Zündkerze gezündet. Abgase verbrannter Brennraumfüllungen werden über ein Abgassystem abgeführt. Der periodische Wechsel der Brennraumfüllungen wird in bekannter Weise über wenigstens ein Einlassventil und ein Auslassventil gesteuert, die durch zugeordnete Nockenwellen synchron zu einer Bewegung des Kolbens betätigt werden. Die Masse der in den Brennraum strömenden Luft wird durch den Öffnungswinkel einer Drosselklappe bestimmt. Ein Luftmassenmesser oder ein Lufttemperatur- und Drucksensor dient zur Erfassung der in den Verbrennungsmotor strömenden Luftmasse.
• Zur Erzeugung eines brennfähigen Kraftstoff/Luft-Gemisches wird der einströmenden Luft Kraftstoff über Injektoren zudosiert.
• Ein Injektor ist beispielsweise im Ansaugsystem angeordnet und dosiert den Kraftstoff in einer Ausgestaltung vor einen Ventilteller des Einlassventils. Diese Art der Kraftstoffdosierung wird auch als Saugrohreinspritzung bezeichnet.
• Alternativ zur Saugrohreinspritzung wird ein Injektor vorgesehen, der den Kraftstoff direkt in den wenigstens einen Brennraum dosiert, was auch als Direkteinspritzung bezeichnet wird.
• In beiden Alternativen werden die Injektoren von einem Steuergerät mit Einspritzimpulsbreiten angesteuert. Die Injektoren werden bevorzugt an einen nicht dargestellten Kraftstoffdruckspeicher angeschlossen und öffnen während einer Einspritzimpulsbreite einen Durchflussquerschnitt, über den beim Anliegen der Einspritzimpulsbreite Kraftstoff dosiert wird.
• Die Stellung der Drosselklappe wird ebenfalls von einem Steuergerät durch Ansteuerung eines Drosselklappenstellers mit einem Stellsignal eingestellt. Ferner löst das Steuergerät Verbrennungen aus, indem es die Zündkerze mit einem Zündsignal ansteuert. Die Masse des im Brennraum vor einer Verbrennung eingeschlossenen Kraftstoff/Luft-Gemisches, seine Zusammensetzung aus Kraftstoff und Luft und der Zeitpunkt oder Zündwinkel bestimmen wesentlich die auf den Kolben übertragene Energie und damit das innere Drehmoment des Verbrennungsmotors. Der Zündwinkel, die Einspritzimpulsbreiten und die Stellsignale stellen daher wesentliche Stellgrößen zur Einstellung eines geforderten Drehmoments des Verbrennungsmotors dar.
• Zur Bildung dieser und anderer Stellgrößen verarbeitet das Steuergerät Signale über die in den Verbrennungsmotor strömende Luftmasse, insbesondere ein Signal, das eine Drehmomentforderung (Fahrerwunschmoment 2) eines Fahrers charakterisiert, und ein Signal, das eine Winkelposition einer Kurbelwelle und damit des Kolbens des Verbrennungsmotors darstellt, sowie ein Signal das eine Winkelposition einer der Nockenwellen darstellt und ein Signal Lambda, das ein Maß für die Kraftstoff/Luft-Gemisch-Zusammensetzung des in Brennräumen verbrannten Kraftstoff/Luft-Gemisches ist.
• Dabei wird das Signal von dem Luftmassenmesser oder dem Lufttemperatur- und Drucksensor bereitgestellt. Ein Fahrerwunschgeber erfasst die Stellung eines Fahrpedals und liefert damit das Fahrerwunschsignal 2. Ein Kurbelwellenwinkelsensor tastet Markierungen eines drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Geberrades ab und liefert das Signal Kurbelwellenwinkel. Das Signal Nockenwellenwinkel wird von einem Nockenwellenwinkelsensor bereitgestellt. Ein Abgassensor im Abgassystem des Verbrennungsmotors liefert ein Maß für die Luftzahl λ (Lambda).
• Das Steuergerät des Verbrennungsmotors ist dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, ein Ist-Drehmoment des Verbrennungsmotors durch den Zündungspfad Z erfolgende Zündwinkeleingriffe, also Eingriffe auf den Zündwinkel, und durch die einem Luftpfad L erfolgende Füllungseingriffe, beispielsweise Eingriffe auf den Öffnungswinkel der Drosselklappe, auf einen variablen Sollwert einzustellen.
• Das oder die Steuergeräte befindet/befinden sich beispielsweise in einem fahrzeugspezifisch vernetzen Steuergeräteverbund, welches über den sogenannte CAN-Bus Drehmomentanforderungen in Echtzeit und simultan umsetzen kann.
• Das Steuergerät ist ferner dazu eingerichtet, das Ist-Drehmoment des Verbrennungsmotors zusätzlich durch in einem Kraftstoffpfad K erfolgende Lambdaeingriffe einzustellen.
• Der Lambdaeingriff erfolgt bevorzugt über eine Abmagerung, beispielsweise über eine Reduktion einer Einspritzimpulsbreite, wobei sich die Reduktion am Drehmomenteneingriff des Verbrennungsmotors bemisst.
• In bekannter Weise wird - wie oben erläutert - mit der Nutzung von in einem Kraftstoffpfad K erfolgenden Lambdaeingriffen für die Einstellung des Drehmoments ein zusätzlicher Stelleingriff bereitgestellt, der kurbelwellenwinkelsynchron und damit ähnlich schnell wirkt, wie der Zündwinkeleingriff. Ein Lambdaeingriff erfolgt beziehungsweise wirkt ähnlich schnell wie der Zündwinkeleingriff, wobei die zusätzliche Verwendung eines Lambdaeingriffs zur Einstellung eines Drehmoments bisher dazu verwendet wurde, eine Verkleinerung der Zündwinkel-Drehmomentreserve und damit eine Verringerung des Kraftstoff-Mehrverbrauchs zu bewirken.
• Ausgehend von der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist erfindungsgemäß vorgesehen, in eine Systemstruktur des Steuergerätes des im Normalbetrieb stöchiometrisch betriebenen Ottomotors in bestimmten Betriebszuständen eine „kurzzeitige“ qualitative Gemischregelung zur Momentenregelung mit einer vorgebbaren hohen „Tiefe“ zu implementieren, wie nachfolgend erläutert wird.
• Definition: „Kurzzeitig“
• Unter „kurzzeitig“ wird während des Betriebes des Verbrennungsmotors eine zur Verfügung stehende Eingriffsdauer in einem sogenannten Nutzungszeitraum Δt_Nutz verstanden.
• Der Nutzungszeitraum Δt_Nutz wird durch das „nutzbare“ Konvertierungsvolumen des Katalysators innerhalb der Abgasanlage und dessen aktuelle Sauerstoffbeladung in Abhängigkeit des während des Betriebes des Verbrennungsmotors in die Abgasanlage strömenden Massenstroms begrenzt. Mit anderen Worten, das „nutzbare“ Konvertierungsvolumen begrenzt zeitlich den zur Verfügung stehenden Nutzungszeitraum Δt_Nutz.
• Unter „kurzzeitig“ wird somit ein schneller, das heißt für einen kurzen maximalen Nutzungszeitraum Δt_Nutz vorgesehener Stelleingriff oder Momenten-Stelleingriff verstanden.
• Definition: „Langzeitig“
• Gegenübergestellt wird eine „langzeitige“ Eingriffsdauer, die das Motordrehmoment im Wesentlichen zeitlich unbegrenzt verändert. Das heißt, die Momentenreduktion erfolgt in einem längeren Zeitraum > Δt_Nutz und ist weniger bis gar nicht von dem Konvertierungsvolumen des Katalysators innerhalb der Abgasanlage abhängig.
• Definition: „Schnell“
• Ein schneller Momenten-Stelleingriff soll definitionsgemäß dadurch gekennzeichnet sein, dass eine sprunghafte Änderung des abgegebenen (Summen-)Drehmoments in einem Mehrzylindermotor von einem Arbeitstakt zu dem in der Zündreihenfolge folgenden Arbeitstakt stattfindet.
• Definition: „Tiefe“
• Dieser definitionsgemäß schnelle Momenten-Stelleingriff, das heißt die sprunghafte Änderung des abgegebenen (Summen-)Drehmoments wird erfindungsgemäß in einer vorgebbaren „Tiefe“ vorgenommen, die auch als Sprunghöhe bezeichnet werden kann.
• Mit der Begrifflichkeit „Tiefe“ ist (je nach Lastpunkt) ein Betrag des Sprungs der Änderung des Drehmoments ΔM durch den Momenten-Stelleingriff gemeint, der eine Reduktion ΔM des Motordrehmoments M fordert, wobei eine hohe „Tiefe“ eine signifikante Reduktion des Motordrehmoments M um > 50 % fordert oder es werden bei der Anforderung um den gewünschten „tiefen“ Betrag-Systemgrenzen überschritten, wobei hier nur beispielsweise die Spätzündwinkelgrenze genannt wird, deren Grenze in Richtung - spät - unterschritten wird.
• Mit anderen Worten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass „kurzzeitig“ in einem vorgegebenen Zeitraum Δt, das von dem Verbrennungsmotor abgegebene (Summen-) Drehmoment sprunghaft „schnell“ in einem vorgegebenen hohen Betrag „Tiefe“ des Momenten-Sprungs, das heißt, mit einem großen Gradienten (Drehmomentänderung ΔM über der Zeit t) zu reduzieren.
• In bekannter Weise wird - wie oben erläutert - mit der Nutzung von in einem Kraftstoffpfad K erfolgenden Lambdaeingriffen für die Einstellung des Drehmoments ein zusätzlicher Stelleingriff bereitgestellt, der kurbelwellenwinkelsynchron und damit ähnlich schnell wirkt, wie der Zündwinkeleingriff. Ein Lambdaeingriff erfolgt beziehungsweise wirkt ähnlich schnell, wie der Zündwinkeleingriff, sodass die zusätzliche Verwendung eines Lambdaeingriffs zur Einstellung eines Drehmoments eine Verkleinerung der Zündwinkel-Drehmomentreserve und damit eine Verringerung des Kraftstoff-Mehrverbrauchs bewirkt.
• Erste Vorgehensweise:
• Davon abweichend sieht das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem es in erster Linie nicht um die Verkleinerung der Zündwinkel-Drehmomentreserve und in erster Linie nicht um eine Verringerung des Kraftstoff-Mehrverbrauchs geht, folgende Vorgehensweise gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vor.
• In bestimmten Betriebszuständen werden momentenreduzierende Momenten-Stelleingriffe gefordert.
• Solche Betriebszustände liegen vor, wenn von einem Getriebeschaltungs-System und/oder einem ESP-System und/oder einem EGAS-System innerhalb der Momentenstruktur MS ein momentenreduzierender Stelleingriff gefordert wird.
• Vorgesehen ist, dass in den genannten bestimmten Betriebszuständen durch einen „kurzzeitigen“ Momenten-Stelleingriff im Lambdapfad/Kraftstoffpfad K „kurzzeitig“ eine sehr „tiefe“ Momentenreduktionen stattfindet, wobei vorgesehen ist, dass durch eine entsprechende Implementierung des „lambdageführten“ Momenten-Stelleingriffs im Kraftstoff-Pfad K der Applikation des Steuergerätes der (Sauerstoff-)Puffer des Katalysators ausgenutzt wird.
• Die Luftfüllung, das heißt der Luftpfad L und der Zündwinkel ΔZ des Zündungspfades Z bleiben für den „kurzeitigen Fall“ dieser „lambdageführten“ Momentenreduktion unberücksichtigt und wird erfindungsgemäß lediglich auf den kennfeldabhängigen Vorsteuerwerten geführt.
• Es wird somit bei der ersten Vorgehensweise, der ausschließlich „lambdageführten“ Momentenreduktion vorgeschlagen, durch eine entsprechende Applikation im Steuergerät den Katalysator der Abgasanlage als Sauerstoff-Puffer zu nutzen, wobei der stöchiometrische Bereich verlassen und der Verbrennungsmotor kurzzeitig und in der vorgegebenen „Tiefe“ überstöchiometrisch betrieben wird und alle Zylinder des Verbrennungsmotors deutlich magerer (Kraftstoffe) betrieben werden, damit „schnell“, das heißt „sprunghaft“, Moment abgebaut wird.
• Vorgesehen ist, dass nach dem Ende des Momenten-Stelleingriffs gemäß der ersten Vorgehensweise wieder auf den ursprünglichen Normalbetrieb umgeschaltet wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nach dem Zurückschalten auf den Normalbetrieb das sogenannte Kat-Ausräumen durchgeführt wird.
• Zweite Vorgehensweise:
• Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende weitere Vorgehensweise gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung vor, bei dem es ebenfalls in erster Linie nicht um die Verkleinerung der Zündwinkel-Drehmomentreserve und in erster Linie nicht um eine Verringerung des Kraftstoff-Mehrverbrauchs geht.
• In den gemäß der ersten Vorgehensweise definierten bestimmten Betriebszuständen werden ebenfalls „kurzzeitige“ und „tiefe“ Momenten-Stelleingriffe vorgenommen, wobei ebenfalls vorgesehen ist, dass durch eine entsprechende Implementierung des „lambdageführten“ Momenten-Stelleingriffs im Kraftstoff-Pfad K der Applikation des Steuergerätes der (Sauerstoff-)Puffer des Katalysators ausgenutzt wird.
• Bei dieser Vorgehensweise wird das Drehmoment in einem ersten Teilschritt über den Lambdawirkungsgrad im Lambdapfad/Kraftstoffpfad K eingestellt.
• Bei Lambdawerten >> 1 wird in einem zweiten Teilschritt zusätzlich über eine Zündwinkelspätverstellung im Zündungspfad Z weiteres Drehmoment abgebaut.
• Wird dabei eine maximale motorspezifische Lambdagrenze von nur beispielsweise λ = 1,5 erreicht, wird der Zündwinkel im Zündungspfad Z zusätzlich als „feiner“ Drehmomenten-Regler genutzt.
• Bei dieser zweiten schrittweise „lambdageführten und zündwinkelgeführten“ Vorgehensweise bleibt die Luftfüllung, das heißt der Luftpfad L für den „kurzeitigen Fall“ der Momentenreduktion unberücksichtigt und wird erfindungsgemäß lediglich auf den kennfeldabhängigen Vorsteuerwerten geführt.
• Vorgesehen ist, dass nach dem Ende des Momenten-Stelleingriffs gemäß der zweiten Vorgehensweise wieder auf den ursprünglichen Normalbetrieb umgeschaltet wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nach dem Zurückschalten auf den Normalbetrieb das sogenannte Kat-Ausräumen durchgeführt wird.
• Dritte Vorgehensweise:
• Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Vorgehensweise gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung vor, bei dem es ebenfalls in erster Linie nicht um die Verkleinerung der Zündwinkel-Drehmomentreserve und in erster Linie nicht um eine Verringerung des Kraftstoff-Mehrverbrauchs geht.
• In den gemäß der ersten und zweiten Vorgehensweise definierten bestimmten Betriebszuständen werden ebenfalls „kurzzeitige“ und „tiefe“ Momenten-Stelleingriffe vorgenommen, wobei ebenfalls vorgesehen ist, dass durch eine entsprechende Implementierung eines „lambdageführten“ Momenten-Stelleingriffs im Kraftstoff-Pfad K der Applikation des Steuergerätes der (Sauerstoff-)Puffer des Katalysators ausgenutzt wird.
• In einem beispielsweise zur Erläuterung herangezogenen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor werden die Zylinder ausschließlich „lambdageführt“ symmetrisch mager (überstöchiometrisch) und fett (unterstöchiometrisch) betrieben, wobei nahezu keine Emissionsnachteile entstehen.
• Für kurzzeitige und tiefe Momenteneingriffe ist neben dem symmetrischen Betrieb aber auch eine asymmetrische Gemischverteilung denkbar, bei der durch eine ausschließlich „lambdageführte“ entsprechende überstöchiometrische und unterstöchiometrisch Kraftstoff/Luft-Gemisch-Verteilung ebenfalls nahezu keine Emissionsnachteile entstehen.
• Dabei ist vorgesehen, dass die überstöchiometrisch betriebenen Zylinder über den im Lambdapfad K eingestellten Lambdawirkungsgrad „lambdageführt“ das Drehmoment M abbauen.
• Eine Kombination des Momenten-Stelleingriffs in Bezug auf die überstöchiometrisch betriebenen Zylinder durch Veränderung des Lambdawirkungsgrades und des Zündwinkels ZW im Zündungspfad Z in einer kombinierten „lambdageführten und zündwinkelgeführten“ Vorgehensweise wird ebenfalls vorgeschlagen. Dabei ist vorgesehen, dass der mindestens eine unterstöchiometrisch betriebene Zylinder Drehmoment M über den Zündwinkelpfad Z abbaut.
• In bestimmten Betriebspunkten (Volllastbetrieb) mit hoher thermischer Belastung ist vorgesehen, dass der oder die „fetten“ (unterstöchiometrisch) betriebenen Zylinder über einen späteren Zündzeitpunkt betrieben werden, da aufgrund der Abmagerung der anderen (überstöchiometrisch betriebenen Zylinder) die Abgasenthalpie insgesamt gesenkt wird.
• Außerdem kann dieser „Mix“-Betrieb (beim dem Zündungspfad Z und Lambdapfad K in Kombination das Drehmoment M abbauen) dazu genutzt werden, das Überlaufen des Katalysators, insbesondere des 3-Wege- Katalysators mit Sauerstoff durch die mageren (überstöchiometrischen) Zylinder zu verzögern, um den Verbrennungsmotor „NOx-stabil(er)“ betreiben zu können.
• Die Luftfüllung, das heißt der Luftpfad L bleibt für den „kurzeitigen Fall“ dieser „lambdasplitgeführten“ oder „lambdasplitgeführten“ und „zündwinkelgeführten“ Momentenreduktion gemäß der dritten Vorgehensweise unberücksichtigt und wird erfindungsgemäß lediglich auf den kennfeldabhängigen Vorsteuerwerten geführt.
• Vorgesehen ist, dass nach dem Ende des Momenten-Stelleingriffs gemäß der dritten Vorgehensweise wieder auf den ursprünglichen Normalbetrieb umgeschaltet wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nach dem Zurückschalten auf den Normalbetrieb das sogenannte Kat-Ausräumen durchgeführt wird.
• Alle Vorgehensweisen:
• Beispielsweise sind [Δt_Nutz = Δt_Eingriff] der zur Verfügung stehende Nutzungszeitraum Δt_Nutz und der vorgegebene Eingriffszeitraum Δt_Eingriff zur gewünschten Momentenreduktion gleich lang, dann können die Vorgehensweisen innerhalb des Nutzungszeitraums Δt_Nutz beziehungsweise des geforderten Eingriffszeitraum Δt_Eingriff durchgeführt werden. Nach dem entsprechenden Momenten-Stelleingriff kann gemäß der Beschreibung jeweils nach dem Ende des Momenten-Stelleingriffs gemäß der drei Vorgehensweisen wieder auf den ursprünglichen Normalbetrieb umgeschaltet werden. [Δt_Nutz = 1000 ms und Δt_Eingriff = 1000 ms]
• Beispielsweise ist [Δt_Nutz > Δt_Eingriff] der zur Verfügung stehende Nutzungszeitraum Δt_Nutz größer als der vorgegebene Eingriffszeitraum Δt_Eingriff zur gewünschten Momentenreduktion, dann können die drei Vorgehensweisen innerhalb des geforderten Eingriffszeitraums Δt_Eingriff durchgeführt werden, da der Nutzungszeitraum Δt_Nutz innerhalb des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff liegt und keine Gefahr besteht, da das Konvertierungsvolumen des Katalysators vor dem Ende des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff nicht erreicht wird. [Δt_Nutz beispielsweise = 1000 ms und Δt_Eingriff beispielsweise = 400 ms]
• Beispielsweise ist [Δt_Nutz < Δt_Eingriff] der zur Verfügung stehende Nutzungszeitraum Δt_Nutz kleiner als der vorgegebene Eingriffszeitraum Δt_Eingriff zur gewünschten Momentenreduktion, dann können die drei Vorgehensweisen innerhalb des geforderten Eingriffszeitraums Δt_Eingriff nicht durchgeführt werden, da der Nutzungszeitraum Δt_Nutz innerhalb des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff erreicht wird. Wenn das Konvertierungsvolumen des Katalysators vor dem Ende des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff erreicht wird, [Δt_Nutz beispielsweise = 1000 ms und Δt_Eingriff beispielsweise = 2500 ms] wird in dem restlichen Zeitraum = 1500 ms innerhalb des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff = 2500 ms auf einen Momenten-Stelleingriff umgeschaltet, bei dem das Konvertierungsvolumen des Katalysators durch einen Momenten-Stelleingriff innerhalb des Luftpfades L allein (durch Reduzierung ΔL↓), der Luftmenge oder in Kombination mit den Momenten-Stelleingriffen der zuvor beschriebenen drei Vorgehensweisen dahingehend beeinflusst wird, dass die maximale Sauerstoffbeladung des Katalysators wieder unterschritten und das bereits erreichte maximale Konvertierungsvolumen reduziert wird, sodass in dem restlichen Zeitraum = 1500 ms das Moment bis zum Ende des gewünschten Eingriffszeitraums Δt_Eingriff entsprechend reduziert werden kann.
• Kombination der drei Vorgehensweisen innerhalb eines „langzeitigen“ Momenten-Stelleingriffs:
• Die drei Vorgehensweisen mit „kurzzeitigen“ und „tiefen“ Momenten-Stelleingriffen, bei denen durch eine entsprechende Implementierung eines „lambdageführten“ Momenten-Stelleingriffs im Kraftstoff-Pfad K der Applikation des Steuergerätes der (Sauerstoff-)Puffer des Katalysators ausgenutzt wird, können erfindungsgemäß auch bei einer oben erläuterten „langzeitigen“ Eingriffsdauer von beispielsweise 5000 ms bis 10000 ms, wobei das Motordrehmoment im Wesentlichen zeitlich unbegrenzt verändert/reduziert werden kann, eingesetzt werden.
• Das heißt, durch eine Anforderung in der Applikation des Steuergerätes ist beispielsweise ein Eingriffszeitraum Δt_Eingriff zur Momentenreduktion vorgesehen, bei dem bei dem erfindungsgemäßen „langzeitigen“ Momenten-Stelleingriff von vornherein klar [Δt_Nutz < Δt_Eingriff] ist, dass das Konvertierungsvolumen des Katalysators nach dem Nutzungszeitraum Δt_Nutz innerhalb des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff alsbald überschritten ist.
• Wird beispielsweise bei bestimmten Betriebszuständen von dem Getriebeschaltungs-System und/oder dem ESP-System und/oder dem EGAS-System ein „langzeitiger“ Sicherheitseingriff mit einem „tiefen“ Momenten-Stelleingriff von der Applikation des Steuergerätes gefordert, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Verfahren wie folgt durchzuführen:
• Eine der drei Vorgehensweisen wird parallel zu einem über den Luftpfad L vorgenommenen Momenten-Stelleingriff durchgeführt.
• Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch Kombination der momentenreduzierenden Wirkungen über alle Pfade Z, K, L im Nutzungszeitraum Δt_Nutz einen signifikanten „tiefen“ Momenten-Stelleingriff durchzuführen, sodass dann in dem über den Nutzungszeitraum Δt_Nutz (von beispielsweise 1000 ms) gemäß Ausführungsbeispiel hinausgehenden Zeitraum 4000 ms bis 9000 ms des Eingriffszeitraums Δt_Eingriff auf einen Momenten-Stelleingriff umgeschaltet wird, der bevorzugt über den weniger schnellen Luftpfad L oder eine Kombination von Momenten-Stelleingriffen im Luftpfad L und/oder dem Zündungspfad Z stattfindet. Insofern wird bei dieser weiteren Vorgehensweise erfindungsgemäß ein „kurzzeitiger“ und „tiefer“ Momenten-Stelleingriff gemäß einer der drei Vorgehensweisen mit einem „langzeitigen“ Momenten-Stelleingriff kombiniert.
• Der ottomotorische Verbrennungsmotor ist eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Zu diesem Zweck umfasst der Verbrennungsmotor insbesondere mindestens eine Steuereinrichtung (Steuergerät/Steuergeräte), in der ein computerlesbarer Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls erforderliche Kennfelder gespeichert sind.
• Bezugszeichenliste

A

Zündwinkelverstellung

B

Zylinderausblendung

C

Lastabbau

D

Lambdaverstellung

1

Momenten-Stelleingriff

2

Fahrerwunschmoment

Z

Zündungspfad

ΔZW

Änderung des Zündwinkels

L

Luftpfad

ΔL

Änderung der Luftmenge

λ

Lambda

K

Kraftstoffpfad, Lambdapfad

Δλ

Änderung des Lambdawertes

t

Zeit

Δt

Zeitraum

ΔtNutz

Nutzungszeitraum des Momenten-Stelleingriffs

ΔtEingriff

Eingriffszeitraum

M

Drehmoment

ΔM

Drehmomentänderung

λmin

minimale Lambda-Grenze

λmax

maximale Lambda-Grenze

MX

Vergleichsbaustein für Momentenanforderung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 4407475 A1 [0002]
• DE 102004012522 B3 [0002]
• DE 10326889 B4 [0002]
• DE 102006023893 A1 [0003, 0013, 0016]

Claims (10)

1. Verfahren zur Einstellung des Drehmomentes eines im Normalbetrieb stöchiometrisch betriebenen ottomotorischen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges durch in einem Zündungspfad (Z) und/oder durch in einem Luftpfad (L) und/oder durch in einem Kraftstoffpfad (K) erfolgende Momenten-Stelleingriffe, dadurch gekennzeichnet, dass durch aus Ausgestaltung der Momentenstruktur (MS) eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors in bestimmten Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges der stöchiometrische Betrieb mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors für einen durch das Konvertierungsvolumens eines Katalysators vorgegebenen Nutzungszeitraum (λt_Nutz) verlassen und zumindest ein lambdageführter Momenten-Stelleingriff im Kraftstoffpfad (K) vorgenommen wird, in dem der mindestens eine Zylinder über den Kraftstoffpfad (K) überstöchiometrisch betrieben wird, wobei das Drehmoment (M) des Verbrennungsmotors in diesem vorgegebenen Zeitraum (λt_Nutz) um einen vorgegebenen Betrag (ΔM) des Drehmomentes (M) reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Betriebszustände vorliegen, wenn von einem Getriebeschaltungs-System und/oder einem ESP-System und/oder einem EGAS-System des Kraftfahrzeuges ein momentenreduzierender Momenten-Stelleingriff gefordert wird/werden, wobei für den Momenten-Stelleingriff ein von dem Nutzungszeitraum (λt_Nutz) unabhängiger vorgegebener Eingriffszeitraum (Δt_Eingriff) zur Verfügung steht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzungszeitraum (λt_Nutz) durch das „nutzbare“ Konvertierungsvolumen eines Katalysators innerhalb einer mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung stehenden Abgasanlage und dessen im jeweilige Betriebspunkt beziehungsweise Lastpunkt des Verbrennungsmotors aktuellen Sauerstoffbeladung in Abhängigkeit des während des Betriebes des Verbrennungsmotors in die Abgasanlage strömenden Massenstroms bestimmt ist, wobei sich das Ende des Nutzungszeitraums (λt_Nutz) vom Anfang des zumindest lambdageführten Momenten-Stelleingriffs danach bemisst, nach welchem Zeitraum eine maximale Sauerstoffbeladung des Katalysators gerade überschritten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest lambdageführte Momenten-Stelleingriff in dem bestimmten Betriebszustand in dem vorgegebenen Nutzungszeitraum (λt_Nutz) durch einen Lambda-Eingriff im Kraftstoffpfad (K) der Momenten-Struktur erfolgt, bei dem der Lambda-Wert (λ) des Kraftstoff/Luft-Gemischs vom stöchiometrischen Normalbetrieb (λ=1) ausgehend, angehoben (λ↑) wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der lambdageführte Momenten-Stelleingriff im Kraftstoffpfad (K) mit einem Zündwinkeleingriff im Zündungspfad (Z) der Momenten-Struktur (MS) kombiniert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Momenten-Stelleingriff in dem bestimmten vorgebbaren Betriebszustand in dem vorgegebenen Nutzungszeitraum (λt_Nutz) durch den zumindest lambdageführten Momenten-Stelleingriff im Kraftstoffpfad (K) der Momenten-Struktur (MS) derart erfolgt, dass die vorhandenen Zylinder hinsichtlich des Lambda-Wertes (λ) symmetrisch oder asymmetrisch in einem Lambda-Split-Verfahren überstöchiometrisch (λ↑) und unterstöchiometrisch (λ↓) betrieben werden, wobei der Lambda-Wert (λ) des Kraftstoff/Luft-Gemischs vom stöchiometrischen Betrieb (λ =1) im Normalbetrieb ausgehend, in mindestens einem Zylinder angehoben (λ↑) und in mindestens einem anderen Zylinder abgesenkt (λ↓) wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der lambdageführte Momenten-Stelleingriff im Kraftstoffpfad (K) mit einem Zündwinkeleingriff im Zündungspfad (Z) der Momenten-Struktur (MS) kombiniert wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest lambdageführte Momenten-Stelleingriff im Kraftstoffpfad (K) der Momenten-Struktur (MS) in Abhängigkeit eines Betriebspunktes beziehungsweise eines Lastpunktes des Verbrennungsmotors kurzzeitig in dem Nutzungszeitraum (λt_Nutz) und hinsichtlich der Veränderung (ΔM) des Drehmoments (M) mit einer großen vorgegebenen Sprunghöhe vorgenommen wird, wobei die Sprunghöhe in dem zur Verfügung stehenden Nutzungszeitraum (λt_Nutz) je nach Betriebspunkt beziehungsweise Lastpunkt zu einer Änderung (ΔM) des Drehmomentes (M) führt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sprunghöhe erzeugt wird, bei der eine signifikante Reduktion des Motordrehmoments (M) mit einer um mindestens >/= 50 % reduzierten Drehmomentänderung (ΔM) vorgenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 oder 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betriebszustand gemäß Anspruch 2, in dem ein langzeitiger momentenreduzierender Momenten-Stelleingriff gefordert wird, im Nutzungszeitraum (λt_Nutz) parallel zu den Momenten-Stelleingriffen nach mindestens einem der Ansprüche 4 oder 5 oder 6 oder 7 im Nutzungszeitraum (λt_Nutz) ein Momenten-Stelleingriff im Luftpfad (L) oder im Luftpfad (L) und im Zündungspfad (Z) vorgenommen wird.

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