DE19751928A1 - Schichbetrieb (BDE) bei natürlichem Wiedereinsetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, bei dem der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff entzündet wird, und bei dem während eines Schubbetriebs kein Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen von einem Kolben begrenzten Brennraum einspritzbar ist, mit einer Zündkerze, mit der der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff entzündbar ist, und mit einem Steuergerät, mit dem das Einspritzventil und die Zündkerze steuerbar sind, wobei während eines Schubbetriebs durch das Steuergerät kein Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.

Derartige Systeme zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt. Es wird dabei als erste Betriebsart ein sogenannter Schichtbetrieb und als zweite Betriebsart ein sogenannter Homogenbetrieb unterschieden. Der Schichtbetrieb wird insbesondere bei kleineren Lasten verwendet, während der Homogenbetrieb bei größeren, an der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten zur Anwendung kommt. Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum, und zwar dort beispielsweise in die unmittelbare Umgebung einer Zündkerze eingespritzt. Dies hat zur Folge, daß keine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs in dem Brennraum mehr erfolgen kann. Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, daß mit einer sehr geringen Kraftstoffmasse die anliegenden kleineren Lasten von der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können. Größere Lasten können allerdings nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden. Im für derartige größere Lasten vorgesehenen Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt, so daß eine Verwirbelung und damit eine Verteilung des Kraftstoffs in dem Brennraum noch ohne weiteres erfolgen kann. Insoweit entspricht der Homogenbetrieb etwa der Betriebsweise von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird.

In beiden Betriebsarten, also im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb, wird der Einspritzwinkel und die Einspritzdauer des einzuspritzenden Kraftstoffs von einem Steuergerät in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Parametern auf einen im Hinblick auf Kraftstoffeinsparung, Schadstoffreduzierung und dergleichen optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt.

Nimmt der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal und befindet sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand, in dem ein Schubbetrieb möglich ist, so geht die Brennkraftmaschine in einen Schubbetrieb über. In diesem Schubbetrieb wird von dem Steuergerät kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt und es wird üblicherweise auch keine Zündung der Zündkerze ausgelöst. Das Kraftfahrzeug rollt ohne den Antrieb durch die Brennkraftmaschine weiter, und die Brennkraftmaschine wird bei eingekuppeltem Getriebe ebenfalls durch die Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs in Bewegung gehalten.

Gelangt nunmehr die Brennkraftmaschine in einen Betriebszustand, in dem ein Wiedereinsetzen erforderlich ist, z. B. wenn der Fahrer das Kupplungspedal drückt und damit das Getriebe ausgekuppelt, ohne daß der Fahrer das Fahrpedal betätigt, so muß wieder Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, damit die Brennkraftmaschine nicht stehenbleibt. Von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird, ist bekannt, zu diesem Zweck dem Brennraum ein Kraftstoff/Luft- Gemisch zuzuführen, das ein an sich für den vorhandenen Betriebszustand zu großes, von der Brennkraftmaschine abgebares Moment erzeugt. Dieses zu große Moment wird dann durch eine entsprechende Verstellung des Zündwinkels nach "spät" auf das erforderliche Moment abgebaut. Auf diese Weise ist es möglich, über die Verstellung des Zündwinkels auch auf schnelle Änderungen des erforderlichen Moments reagieren zu können.

Dieses Vorgehen hat den Nachteil, daß der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine beim Wiedereinsetzen nach dem Schubbetrieb jedoch größer ist, als dies für das letztlich erzeugte Moment an sich notwendig wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem das Wiedereinsetzen nach dem Schubbetrieb besser, insbesondere kraftstoffsparender durchgeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff in der ersten Betriebsart in den Brennraum eingespritzt wird.

Durch die Verwendung des Schichtbetriebs zum Wiedereinsetzen nach dem Schubbetrieb ist es möglich, die Masse des einzuspritzenden Kraftstoffs genau an dasjenige Moment anzupassen, das von der Brennkraftmaschine aufgrund des vorhandenen Betriebszustands abgegeben werden muß. Es ist also nicht erforderlich, den Kraftstoff entsprechend einem zu großen Moment einzuspritzen und danach dieses zu große Moment wieder auf das erforderliche Moment zu reduzieren. Dies hat eine wesentliche Einsparung von Kraftstoff zur Folge.

Des weiteren ist es möglich, den Zeitpunkt des Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine zu verzögern. Dies bedeutet, daß das Wiedereinsetzen nicht schon beispielsweise bei einer stark erhöhten Leerlaufdrehzahl beginnen muß, um ein Absterben der Brennkraftmaschine sicher zu vermeiden, sondern das Wiedereinsetzen kann aufgrund der unmittelbaren Wirksamkeit des Schichtbetriebs später beginnen, ohne daß die Gefahr des Absterbens der Brennkraftmaschine besteht. Auch dieses spätere Wiedereinsetzen hat eine wesentliche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs zur Folge.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach dem Schubbetrieb die Drosselklappe vollständig geöffnet wird. Damit entstehen an der Drosselklappe keinerlei Verluste aufgrund einer Drosselung. Es entsteht eine maximale Füllung, so daß auch insoweit eine Verbesserung des Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine nach dem Schubbetrieb erreicht wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff in Abhängigkeit von dem abzugebenden Moment eingespritzt. Damit kann insbesondere die Masse des eingespritzten Kraftstoffs genau an das erforderliche Moment angepaßt werden. Dies stellt, wie bereits erwähnt, eine wesentliche Kraftstoffersparnis dar.

Des weiteren ist es durch die Beeinflussung des einzuspritzenden Kraftstoffs auch möglich, schnell und genau auf Änderungen des angeforderten Moments zu reagieren. Wird beispielsweise ein Lüfter oder dergleichen eingeschaltet, so kann dies schnell und ohne größere Drehzahleinbrüche durch eine entsprechende Erhöhung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs ausgeglichen werden. Ruckerscheinungen oder Aussetzer oder dergleichen aufgrund von Änderungen des angeforderten Moments können auf diese Weise weitgehend vermieden werden.

Wird bei dem Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine in den Leerlauf derselben übergegangen, so wird durch die Möglichkeit der unmittelbaren Beeinflussung der direkt in den Brennraum einzuspritzenden Menge des Kraftstoffs erreicht, daß auch die Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl wesentlich besser und stabiler ausgeführt werden kann. Insbesondere können Drehzahlschwankungen und dergleichen im wesentliche vermieden werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff in Abhängigkeit von der Einspritzung des Kraftstoffs entzündet. Insoweit stellt die Einspritzung des Kraftstoffs und die Entzündung des Kraftstoffs ein Wertepaar dar, das direkt voneinander abhängig ist. Dies gewährleistet, daß der eingespritzte Kraftstoff sicher zur Entzündung kommt, und daß auf diese Weise ein ruhiger und gleichmäßiger Lauf der Brennkraftmaschine nach dem Wiedereinsetzen nach einem Schubbetrieb erreicht wird.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines elektrischen Speichermediums, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem elektrischen Speichermedium ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem elektrischen Speichermedium abgespeichertes Programm realisiert, so daß dieses mit dem Programm versehene Speichermedium in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Des weiteren sind dem Brennraum 4 ein mit einem Signal TI ansteuerbares Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal ZW ansteuerbare Zündkerze 9 zugeordnet. Das Abgasrohr 7 kann über eine Abgasrückführleitung 10 und ein mit einem Signal AGR steuerbares Abgasrückführventil 11 mit dem Ansaugrohr 6 verbunden sein.

Das Ansaugrohr 6 ist mit einer Drosselklappe 12 und das Abgasrohr 7 ist mit einem Lambda-Sensor 13 versehen. Die Drosselklappe 12 dient der Steuerung der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und kann in Abhängigkeit von einem Signal DK beeinflußt werden. Der Lambda-Sensor 13 mißt den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal λ.

In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich beispielsweise in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 9 sowie zeitlich unmittelbar vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 2. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 9 der Kraftstoff entzündet, so daß der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird.

In einer zweiten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Danach wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch während der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 9 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben.

Im Schichtbetrieb, wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen Kolben eine Kurbelwelle 14 in eine Drehbewegung versetzt, über die letztendlich die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Der Kurbelwelle 14 ist ein Drehzahlsensor 15 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Kurbelwelle 14 ein Signal N erzeugt.

Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse wird von einem Steuergerät 16 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 16 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Read-Only-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.

Das Steuergerät 16 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem Lambdasensor 13 und dem Drehzahlsensor 15 verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 16 mit einem Fahrpedalsensor 17 verbunden, der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals angibt. Das Steuergerät 16 erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflußt werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit der Drosselklappe 12, dem Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und dem Abgasrückführventil 11 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale DK, TI, ZW und AGR.

Im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 wird kein Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzt und die Zündkerze 9 wird nicht gezündet. Des weiteren ist die Drosselklappe 12 vollständig geschlossen. Es erfolgt keine Verbrennung in dem Brennraum 4 und die Brennkraftmaschine 1 erzeugt keinen Antrieb. Die Brennkraftmaschine 1 wird beispielsweise bei eingekuppelter Kupplung von dem rollenden Kraftfahrzeug in Bewegung gehalten.

Bei einem Wiedereinsetzen nach dem Schubbetrieb, also bei dem Übergang von dem Schubbetrieb in einen Betriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine 1 ausgekuppelt und das Fahrpedal nicht betätigt ist, wird sofort nach dem Schubbetrieb in den Schichtbetrieb übergegangen. Es wird also der Kraftstoff in der ersten Betriebsart in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Zu diesem Zweck wird die Drosselklappe 12 nach dem Schubbetrieb vollständig geöffnet. Dies wird von dem Steuergerät 16 mittels des Signals DK durchgeführt.

Des weiteren wird nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff über das Einspritzventil 8 derart in den Brennraum 4 eingespritzt, daß das von der Brennkraftmaschine 1 geforderte Moment gerade erzeugt wird. Das Steuergerät 16 berechnet zu diesem Zweck diejenige Kraftstoffmasse, die erforderlich ist, um dieses geforderte Moment zu erzeugen. Dann steuert das Steuergerät 16 mittels des Signals TI das Einspritzventil 8 derart an, daß diese Kraftstoffmasse in den Brennraum eingespritzt wird.

Das Steuergerät 16 berechnet die Zündung der Zündkerze 9 und erzeugt entsprechend das Signal ZW. Insbesondere bei sogenannten wandgeführten Systemen, bei denen der eingespritzte Kraftstoff von der Wand des Brennraums 4 hinsichtlich seiner Ausbreitung geführt wird, stellen die Einspritzung und die Zündung ein Wertepaar dar. Die Zündung der Zündkerze 9 wird deshalb nach dem Schubbetrieb von dem Steuergerät in Abhängigkeit von der Einspritzung des Kraftstoffs durch das Einspritzventil 8 berechnet.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, bei dem der in den Brennraum (4) eingespritzte Kraftstoff entzündet wird, und bei dem während eines Schubbetriebs kein Kraftstoff in den Brennraum (4) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff in der ersten Betriebsart in den Brennraum (4) eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schubbetrieb die Drosselklappe (12) vollständig geöffnet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff in Abhängigkeit von dem abzugebenden Moment eingespritzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schubbetrieb der Kraftstoff in Abhängigkeit von der Einspritzung des Kraftstoffs entzündet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schubbetrieb die Brennkraftmaschine (1) einen Betriebszustand aufweist, der ein Wiedereinsetzen erforderlich macht, und bei dem das Fahrpedal (17) nicht betätigt ist.

6. Elektrisches Speichermedium, insbesondere Read-Only- Memory, für ein Steuergerät (16) einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geeignet ist.

7. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil (8), mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen von einem Kolben (2) begrenzten Brennraum (4) einspritzbar ist, mit einer Zündkerze (9), mit der der in den Brennraum (4) eingespritzte Kraftstoff entzündbar ist, und mit einem Steuergerät (16), mit dem das Einspritzventil (8) und die Zündkerze (9) steuerbar sind, wobei während eines Schubbetriebs durch das Steuergerät (16) kein Kraftstoff in den Brennraum (4) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schubbetrieb durch das Steuergerät (16) der Kraftstoff in der ersten Betriebsart in den Brennraum (4) eingespritzt wird.