DE19746902A1

DE19746902A1 - Verfahren zum Steuern der Umschaltung der Verbrennung einer Otto-Direkteinspritz-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19746902A1
Application number: DE19746902A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr Zhang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: DE19746902C2; FR2770259A1; FR2770259B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Umschal tung der Verbrennung einer Otto-Direkteinspritz-Brennkraftma schine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur deutlichen Absenkung des Kraftstoffverbrauchs und gleich zeitiger Verringerung der Schadstoffemission im Abgas wird die Direkteinspritzung von Kraftstoff bei Otto-Brennkraftma schinen als entscheidender Schritt angesehen. Im Gegensatz zur üblichen Saugrohreinspritzung ermöglicht die Direktein spritzung durch die freie Wahl des Einspritzzeitpunktes ver schiedene Betriebsmodi. Bei sehr früher Einspritzung im An saughub ergibt sich eine weitgehende Ladungshomogenisierung und damit ein homogener Betrieb, der für maximale Luftausnut zung unter Vollast, teilweise auch im Kaltstart und Warmlauf, sowie insbesondere für den homogenen Teillastbetrieb einge setzt wird. Bei spätem Einspritzzeitpunkt während des Ver dichtungshubes erhält man eine mehr oder weniger stark ausge prägte Ladungsschichtung und damit einen geschichteten Be trieb, der weitgehend im extrem mageren Teillastbetrieb ange wendet wird. Auch sind die Zündzeitpunkte unterschiedlich wählbar. (s. hierzu AVL Tagung "Motor und Umwelt" 1997, "Otto-Direkteinspritzung - ein ganzheitlicher Systemansatz", S. 255 bis 271).

Zur Reinigung von Abgasen derartiger Brennkraftmaschinen be sitzen NOX-Speicherkatalysatoren ein hohes Potential für die Entfernung von Stickoxiden bei gleichzeitiger Oxidation der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Es ist bekannt, daß da bei eine Akkumulation von Schwefel, der auch in einem schwe felarmen Kraftstoff enthalten ist, im NOX-Adsorber auftreten kann und damit eine thermische motorgeregelte Entschwefelung erforderlich ist. Diese Regenerierung des Speicherkatalysa tors erfolgt im homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine bei angefettetem Gemisch. Hierzu wird auf AVL-Tagung "Motor und Umwelt" 1997, "Neue Entwicklungen in der katalytischen Abgas nachbehandlung von Magermotoren", S. 15-26, verwiesen. So muß bei Direkteinspritzung häufig zwischen den beiden Modi, näm lich dem geschichteten und homogenen Betrieb umgeschaltet werden, wenn z. B. der Sollwert für das von der Brennkraftma schine abgegebene Drehmoment verändert wird oder der Spei cherkatalysator regeneriert werden soll. Für beide Modi gel ten jeweils unterschiedliche Motorsteuerungsparameter, wie unterschiedlicher Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt, wie dies bereits vorstehend geschildert wurde. Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt lassen sich zwar kurbelwellensynchron be rechnen und gelten dann jeweils für den homogenen bzw. ge schichteten Betrieb nach der Umschaltung. Eine gleichzeitige Umschaltung aller Zylinder der Brennkraftmaschine kann aber dazu führen, daß die Drehmomentsprünge auftreten und sich so gar Aussetzer bei mindestens einem Zylinder ergeben.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Umschaltung so auszubilden, daß sich eine zü gige Umschaltung zwischen dem homogenen und geschichteten Be trieb ohne Aussetzer oder schlechte Verbrennung ergibt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patent anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

So erfolgt erfindungsgemäß eine Synchronisierung der Umschal tung, die für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine individuell bestimmt wird. Es wird also jeweils nur der Zy linder auf den nächstfolgenden Betrieb, sei es die homogene oder geschichtete Verbrennung, umgeschaltet' bei dem der vor angehende Betrieb mit den zugeordneten Motorsteuerungsparame tern vollständig abgeschlossen worden ist. Damit wird vermie den, daß Zylinder umgeschaltet werden, die sich noch im vor angehenden Betrieb befinden, sei es, daß bereits die Kraft stoffeinspritzung erfolgte oder mit dem Aufladen der Zündspu le begonnen wurde. Damit werden Drehmomentsprünge und Zylin deraussetzer vermieden.

Erfindungsgemäß wird ferner die Bedingung für den Umschalt zeitpunkt definiert. Zur Festlegung des Umschaltzeitpunkts wird festgestellt, ob ein Sollwert für die Luftzahl λ einen bestimmten Schwellwert unterschreitet bzw. überschreitet. Hierzu muß der Sollwert für die Luftzahl λ aus dem Verhältnis der gemessenen Luftmasse zum Sollwert der zugehörigen Kraft stoffmasse berechnet werden. Ferner müssen vor dem Umschalt zeitpunkt die Motorsteuerungsparameter, insbesondere der Ein spritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt sowohl für den vorange henden wie auch für den nachfolgenden Betrieb gleichzeitig berechnet werden. Sobald der Umschaltzeitpunkt festgelegt ist, erfolgt dann die Umschaltung der einzelnen Zylinder auf den geänderten Betrieb in der bereits oben beschriebenen Wei se. Sobald die Umschaltung auf den geänderten Betrieb in al len Zylindern erfolgt ist, kann die Berechnung der Motor steuerungsparameter für den vorangehenden Betrieb eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm für die Umschaltung vom geschichteten auf den homogenen Betrieb einer Otto-Brennkraftma schine mit Direkteinspritzung und vier Zylindern;

Fig. 2 ein Diagramm für die Umschaltung vom homogenen auf den geschichteten Betrieb;

Fig. 3 ein Diagramm zur Bestimmung des Umschaltzeitpunk tes.

In Fig. 1 ist jeweils der Ansaughub I, der Verdichtungshub II, der Arbeitshub III und der Ausstoßhub IV für die Zylinder ZYL1, ZYL2, ZYL3 und ZYL4 dargestellt. Zum Zeitpunkt T_U soll vom geschichteten Betrieb auf den homogenen Betrieb umge schaltet werden. Für den Zylinder 1 ist zum Umschaltzeitpunkt T_U der Einspritzvorgang E im Verdichtungshub II bereits er folgt und der Ladevorgang L der Zündspule steht kurz vor dem Abschluß, so daß dieser Zylinder erst nach erfolgter Zündung Z im nachfolgenden Ansaughub I einen Einspritzvorgang E' hat, mit dem auf den homogenen Betrieb übergegangen wird. Auch der Zylinder 2 bleibt für das dargestellte Arbeitsspiel noch im geschichteten Betrieb, weil vor dem Umschaltzeitpunkt T_U der Ladevorgang L für die Zündspule bereits begonnen hat und da mit die Zündung Z eingeleitet wird, für die noch ein Ein spritzvorgang E im Verdichtungshub II durchgeführt wird. Jetzt hat der Zylinder 2 den geschichteten Betrieb zu Ende geführt, worauf die Umschaltung auf die Motorsteuerungspara meter des homogenen Betriebes erfolgen kann.

Beim Zylinder 3 war jedoch der geschichtete Betrieb vor dem Umschaltzeitpunkt T_U bereits abgeschlossen, so daß sofort nach dem Umschaltzeitpunkt im nächstfolgenden Ansaughub I der Einspritzvorgang E für den homogenen Betrieb erfolgen kann. Dies gilt auch für den Zylinder 4, bei dem ebenfalls im Um schaltzeitpunkt T_U der geschichtete Betrieb abgeschlossen war, so daß beim nächstfolgenden Ansaughub 1 ein Einspritz vorgang E für den homogenen Betrieb vorgenommen wird.

Es wird also stets ein begonnener Einspritzvorgang im ge schichteten Betrieb zu Ende geführt und es erfolgt die Zün dung im geschichteten Betrieb, bevor der jeweilige Zylinder auf den homogenen Betrieb umgeschaltet wird.

Fig. 2 zeigt die Umschaltung eines homogenen Betriebes auf den geschichteten Betrieb zum Umschaltzeitpunkt T_U. Es zeigt sich, daß die Zylinder 3 und 4 den homogenen Betrieb voll ständig abgeschlossen haben, wenn die Umschaltung ausgelöst wird, so daß diese Zylinder zuerst auf den geschichteten Be trieb umgeschaltet werden, während die Zylinder 1 und 2 wäh rend des geschilderten Arbeitsspiels noch im geschichteten Betrieb verbleiben, da der Einspritzvorgang E bereits erfolgt ist (Zylinder 1) oder noch nicht abgeschlossen ist (Zylinder 2).

Anhand der Fig. 3 wird der Umschaltzeitpunkt T_U bestimmt. Es wird angenommen, daß sich die Verbrennung im geschichteten Betrieb befindet und eine Umschaltung auf homogenen Betrieb erfolgen soll, weil beispielsweise der Speicherkatalysator der Brennkraftmaschine regeneriert werden soll, und dabei das Drehmoment TQ konstant bleibt. In der Motorsteuerung wird zu nächst die Füllung, also die Luftmasse AIR LOAD über eine Drosselklappe im Ansaugrohr auf den Sollwert für den homoge nen Betrieb verringert. Parallel hierzu werden der Einspritz zeitpunkt SOI und der Zündzeitpunkt IGA im geschichteten Be trieb so korrigiert, daß das Drehmoment TQ aufrechterhalten wird. Ferner werden gleichzeitig der Einspritzzeitpunkt SOI und der Zündzeitpunkt IGA für die darauffolgende homogene Verbrennung berechnet, aber noch nicht realisiert.

Ferner wird der Sollwert der Luftzahl λ wie folgt berechnet:

Dabei ist
MAF_ZYL der Istwert der dem Zylinder zugeführten Luftmasse (gemessen);
MFF_SP der Sollwert der Kraftstoffmasse im geschichteten Be trieb;
l_ST ist der stöchiometrische Faktor.

Sobald der λ_SOLL einen oberen Schwellwert von z. B. 1,8 unter schreitet, ist der Umschaltzeitpunkt T_U erreicht und die Um schaltung auf die Motorsteuerparameter für den homogenen Be trieb wird eingeleitet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, erge ben sich deutliche Abweichungen für den Zündzeitpunkt IGA, den Einspritzzeitpunkt SOI und die Einspritzzeitdauer INJ. Sobald die Umschaltung für alle Zylinder entsprechend Fig. 1 erfolgt ist, endet die Berechnung für den Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt im geschichteten Betrieb.

Umgekehrt, wenn vom homogenen in den geschichteten Betrieb umgeschaltet werden soll, wenn z. B. die Regenerierung des Speicherkondensators abgeschaltet wird oder gegebenenfalls das Drehmoment verändert werden soll, so wird zunächst über die Drosselklappe die zugeführte Luftmasse auf den Sollwert im geschichteten Betrieb erhöht. Parallel dazu werden wieder um der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt so korri giert, daß das gewünschte Drehmoment beibehalten wird bzw. das beispielsweise vom Fahrer gewünschte Drehmoment reali siert wird. λ_SOLL wird nach obiger Gleichung berechnet und so bald der Sollwert eine zweite, ebenfalls drehzahlabhängige Schwelle von z. B. 1,4 überschreitet, wird damit der Umschalt zeitpunkt T_U' festgelegt. Entsprechend Fig. 2 werden dann die einzelnen Zylinder auf die Motorsteuerungsparameter für den geschichteten Betrieb umgeschaltet. Anschließend kann die Be rechnung für den Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt im homogenen Betrieb beendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Steuern der Umschaltung der Verbrennung einer Otto-Direkteinspritz-Brennkraftmaschine zwischen homo genem und geschichtetem Betrieb, bei dem vorbestimmte Motor steuerungsparameter für den homogenen und den geschichteten Betrieb berechnet und nach einem Umschaltzeitpunkt für den jeweils nachfolgenden Betrieb der Zylinder realisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Zylinder (ZYL1,. . ., ZYL4) auf die für den folgenden Betrieb geänderten Motor steuerungsparameter umgeschaltet wird, bei dem die Berechnung der für den vorangehenden Betrieb geltenden Motorsteuerungs parameter vollständig zu Ende geführt worden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzzeitpunkt (SOI), die Einspritzzeitdauer (INJ) und der Zündzeitpunkt (IGA) als Motorsteuerungsparameter be stimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Umschaltzeitpunkt (T_U) abhängig davon definiert wird, daß ein Sollwert (λ_SOLL) für die Luftzahl (λ) einen vor bestimmten Schwellwert unter- bzw. überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte für die Umschaltung zwischen dem geschichte ten und dem homogenen Betrieb unterschiedlich gewählt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß die Schwellwerte drehzahlabhängig sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Sollwert (λ_SOLLfür die Luftzahl (λ) aus dem Verhältnis der gemessenen Luftmasse (MAF_ZYL) zum Sollwert der zu der gemessenen Luftmasse gehörenden Kraft stoffmasse (MFF_SP) bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Einleitung einer Umschaltung vor dem Umschaltzeitpunkt (T_U) neben den Motorsteuerungsparametern für den laufenden Betrieb zusätzlich die Motorsteuerungspara meter für den folgenden Betrieb berechnet werden und daß nach Umschaltung aller Zylinder (ZYL1,. . .,ZYL4) die Berechnung der Motorsteuerungsparameter für den vorangegangenen Betrieb beendet wird.