DE19813377A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Es wird eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Die Brennkraftmaschine (1) ist mit einem Einspritzventil (8) versehen, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) einspritzbar ist. Des weiteren ist ein Steuergerät (16) vorgesehen zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment. Eine Änderung des Ist-Moments während eines Umschaltvorgangs wird von dem Steuergerät (16) ermittelt und in Abhängigkeit davon wird zumindest eine der Betriebsgrößen von dem Steuergerät (16) beeinflußt.
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 zwischen den beiden
Betriebsarten umgeschaltet wird, und bei dem die das Ist-
Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden
Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment in den
beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder
geregelt werden. 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 Brennraum einspritzbar ist, und mit einem
Steuergerät zur Umschaltung zwischen den beiden
Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder
Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment der
Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in
Abhängigkeit von einem Soll-Moment.
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
derart eingespritzt, daß sich im Zeitpunkt der Zündung eine
Kraftstoffwolke in unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze
befindet. Diese Einspritzung kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen. So ist es möglich, daß die eingespritzte
Kraftstoffwolke sich bereits während bzw. unmittelbar nach
der Einspritzung bei der Zündkerze befindet und von dieser
entzündet wird. Ebenfalls ist es möglich, daß die
eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine Ladungsbewegung zu
der Zündkerze geführt und dann erst entzündet wird. Bei
beiden Brennverfahren liegt keine gleichmäßige
Kraftstoffverteilung vor, sondern eine Schichtladung.
Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, daß dort mit
einer sehr geringen Kraftstoffmenge 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. Bei Bedarf
kann auch bei kleineren Lasten der Homogenbetrieb
eingesetzt werden.
Im Schichtbetrieb wird die Drosselklappe in dem zu dem
Brennraum führenden Ansaugrohr weit geöffnet und die
Verbrennung wird im wesentlichen nur durch die
einzuspritzende Kraftstoffmasse gesteuert und/oder
geregelt. Im Homogenbetrieb wird die Drosselklappe in
Abhängigkeit von dem angeforderten Moment geöffnet bzw.
geschlossen und die einzuspritzende Kraftstoffmasse wird in
Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse gesteuert
und/oder geregelt.
In beiden Betriebsarten, also im Schichtbetrieb und im
Homogenbetrieb, wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse in
Abhängigkeit zusätzlich von einer Mehrzahl weiterer
Betriebsgrößen auf einen im Hinblick auf
Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung und dergleichen
optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt. Die Steuerung
und/oder Regelung ist dabei in den beiden Betriebsarten
unterschiedlich.
Es ist erforderlich, die Brennkraftmaschine von dem
Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb und wieder zurück
umzuschalten. Während im Schichtbetrieb die Drosselklappe
weit geöffnet ist und die Luft damit weitgehend entdrosselt
zugeführt wird, ist die Drosselklappe im Homogenbetrieb nur
teilweise geöffnet und vermindert damit die Zufuhr von
Luft. Vor allem bei der Umschaltung vom Schichtbetrieb in
den Homogenbetrieb muß dabei die Fähigkeit des zu dem
Brennraum führenden Ansaugrohrs berücksichtigt werden, Luft
zu speichern. Wird dies nicht berücksichtigt, so kann das
Umschalten zu einer Erhöhung des von der Brennkraftmaschine
abgegebenen Moments führen.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein
verbessertes Umschalten zwischen den Betriebsarten möglich
ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art bzw. bei einer Brennkraftmaschine der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
eine Änderung des Ist-Moments während eines
Umschaltvorgangs ermittelt wird, und daß in Abhängigkeit
davon zumindest eine der Betriebsgrößen beeinflußt wird.
Auf der Grundlage der Ermittlung von Änderungen des Ist-
Moments während des Umschaltvorgangs ist es möglich,
Laufunruhen bzw. ein Ruckeln während des Umschaltens zu
erkennen. Nachdem ein Ruckeln erkannt ist, kann durch die
Beeinflussung von Betriebsgrößen der Laufunruhe
entgegengewirkt werden. Damit ist es insgesamt möglich,
Laufunruhen oder Ruckeln während des Umschaltens von dem
Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb oder umgekehrt zu
vermeiden. Die Umschaltvorgänge zwischen den beiden
Betriebsarten werden damit insbesondere im Hinblick auf
eine erhöhte Laufruhe und damit auf einen erhöhten Komfort
verbessert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
die Änderung des Ist-Moments in Abhängigkeit von der
erfaßten Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Damit
wird erreicht, daß mit Hilfe des bereits vorhandenen
Drehzahlsensors eine Änderung des Ist-Moments und damit ein
Ruckeln oder dergleichen erkannt werden kann. Zusätzliche
Sensoren oder sonstige zusätzliche Bauteile sind somit
nicht erforderlich.
Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird in Abhängigkeit von dem Soll-Moment eine erwartete
Drehzahl ermittelt, und es wird die erwartete Drehzahl mit
der erfaßten Drehzahl der Brennkraftmaschine verglichen. Es
wird also eine Drehzahlprädiktion durchgeführt. Es wird
berechnet, welche Drehzahl an sich vorhanden sein müßte,
wenn keine Laufunruhe vorhanden ist. Auf der Grundlage
eines Vergleichs dieser erwarteten Drehzahl mit der
tatsächlichen Drehzahl der Brennkraftmaschine wird dann
ermittelt, ob während des Umschaltvorgangs ein Ruckeln
vorhanden ist oder nicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine der
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine beeinflußt wird, wenn
die erfaßte Drehzahl um mehr als eine vorgebbare
Drehzahldifferenz von der erwarteten Drehzahl abweicht.
Weicht die erwartete Drehzahl von der tatsächlich erfaßten
Drehzahl wesentlich ab, so wird daraus auf eine Laufunruhe
während des Umschaltvorgangs geschlossen. Dies hat dann zur
Folge, daß das Ist-Moment der Brennkraftmaschine über eine
der Betriebsgrößen im Sinne einer Verminderung der
Drehmomentänderung beeinflußt wird.
Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn keine
Beeinflussung durchgeführt wird, wenn mehrere
aufeinanderfolgende Drehzahldifferenzen einen etwa stetigen
Verlauf aufweisen. Liegt ein derartiger etwa stetiger
Verlauf vor, so bedeutet dies, daß sich die an der
Brennkraftmaschine anliegende Last geändert hat.
Beispielsweise aufgrund einer Steigung oder dergleichen,
also einer Änderung des Fahrwiderstands, hat sich in diesem
Fall also das Drehmoment etwa stetig verändert, z. B.
erhöht. Es liegt also kein Ruckeln und keine Laufunruhe
vor, so daß auch keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden
müssen.
Bei einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden aus der erfaßten Drehzahl der Brennkraftmaschine
zumindest zwei Drehzahlgradienten ermittelt, und es werden
zwei der Drehzahlgradienten miteinander verglichen werden.
Es wird also die Veränderung der tatsächlichen Drehzahl der
Brennkraftmaschine überwacht. Dies wird durch die
Berechnung der Drehzahlgradienten auf einfache Weise
erreicht. Zusätzliche Bauteile oder dergleichen sind dazu
nicht erforderlich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine der
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine beeinflußt wird, wenn
die beiden Drehzahlgradienten einen unstetigen Verlauf
aufweisen. Der unstetige Verlauf der Drehzahlgradienten
wird somit als eine Laufunruhe bzw. ein Ruckeln während des
Umschaltvorgangs interpretiert. Laständerungen oder
dergleichen haben einen etwa stetigen Verlauf der
Drehzahlgradienten zur Folge, so daß in diesem Fall nicht
auf ein Ruckeln geschlossen wird. Nur bei erkannten
Laufunruhen werden dann Gegenmaßnahmen zur Verminderung des
Ruckelns während des Umschaltvorgangs ergriffen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird die
Beeinflussung einer der Betriebsgrößen adaptiv
durchgeführt. Es erfolgt also eine bleibende Korrektur des
Umschaltvorgangs. Damit ist es möglich, beispielsweise
Veränderungen der Brennkraftmaschine über deren Laufzeit,
insbesondere Verschleißerscheinungen und dergleichen, zu
kompensieren. Ebenfalls ist es möglich, Abweichungen
zwischen verschiedenen Brennkraftmaschinen desselben Typs
bei der Inbetriebnahme auszugleichen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung wird die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen
erst für den nächsten Umschaltvorgang durchgeführt. Damit
wird erreicht, daß die erfindungsgemäßen Berechnungen
zwischen zwei Umschaltvorgängen durchgeführt werden können,
so daß hierfür ausreichend Zeit vorhanden ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der ersten
Betriebsart die eingespritzte Kraftstoffmasse insbesondere
im Sinne einer Erhöhung beeinflußt wird. Ebenfalls ist es
vorteilhaft, wenn in der zweiten Betriebsart der Zündwinkel
bzw. der Zündzeitpunkt insbesondere im Sinne einer
Spätverstellung beeinflußt wird. Durch diese Maßnahmen ist
es möglich, bei einer erkannten Laufunruhe während des
Umschaltvorgangs das Ist-Moment der Brennkraftmaschine zu
beeinflussen und damit die Laufunruhe zu vermindern.
Insbesondere werden durch diese Maßnahmen die beiden
Betriebsarten im Umschaltzeitpunkt einander angenähert.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines
Steuerelements, das für ein Steuergerät einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement 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
Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß
dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher
Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen
Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement
kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur
Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren
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.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine
der Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von Signalen
der Brennkraftmaschine der Fig. 1 bei
Durchführung des Verfahrens nach der Fig. 2,
Fig. 4 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von Signalen
der Brennkraftmaschine der Fig. 1 bei
Durchführung eines dem Verfahren der Fig. 2
entgegengerichteten Verfahrens,
Fig. 5a zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines
ersten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens für das Umschalten
nach den Fig. 2 bis 4, und
Fig. 5b zeigt eine schematisches Ablaufdiagramm eines
zweiten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens für das Umschalten
nach der Fig. 2 bis 4.
In der Fig. 1 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 Ansaugrohr 6 ist mit einem Luftmassensensor 10 und das
Abgasrohr 7 kann mit einem Lambda-Sensor 11 versehen sein.
Der Luftmassensensor 10 mißt die Luftmasse der dem
Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und erzeugt in
Abhängigkeit davon ein Signal LM. Der Lambda-Sensor 11 mißt
den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und
erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal λ.
In dem Ansaugrohr 6 ist eine Drosselklappe 12
untergebracht, deren Drehstellung mittels eines Signals DK
einstellbar ist.
In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der
Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 12 weit
geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 8
während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen
Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar
örtlich in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 9 sowie
zeitlich in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt. 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 die Drosselklappe 12 in
Abhängigkeit von der erwünschten, zugeführten Luftmasse
teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird
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 Luftmassensensor 10, dem Lambda-
Sensor 11 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 und damit
das von dem Fahrer angeforderte Moment 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 dem
Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und der Drosselklappe 12
verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung
erforderlichen Signale TI, ZW und DK.
Von dem Steuergerät 16 wird das nachfolgend anhand der
Fig. 2 und 3 beschriebene Verfahren zum Umschalten von
einem Schichtbetrieb in einen Homogenbetrieb durchgeführt.
Die in der Fig. 2 gezeigten Blöcke stellen dabei
Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in der
Form von Softwaremodulen oder dergleichen in dem
Steuergerät 16 realisiert sind.
In der Fig. 2 wird in einem Block 21 davon ausgegangen,
daß sich die Brennkraftmaschine 1 in einem stationären
Schichtbetrieb befindet. In einem Block 22 wird dann
beispielsweise aufgrund einer von dem Fahrer erwünschten
Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ein Übergang in einen
Homogenbetrieb angefordert. Der Zeitpunkt der Anforderung
des Homogenbetriebs ist auch aus der Fig. 3 ersichtlich.
Danach erfolgt mittels der Blöcke 23, 24 eine Entprellung,
mit der ein kurz aufeinanderfolgendes Hin- und Herschalten
zwischen dem Schicht- und dem Homogenbetrieb verhindert
wird. Wenn der Homogenbetrieb freigegeben ist, dann wird
der Übergang von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb
durch einen Block 25 gestartet. Der Zeitpunkt, in dem der
Umschaltvorgang beginnt, ist in der Fig. 3 mit dem
Bezugszeichen 40 gekennzeichnet.
In dem genannten Zeitpunkt 40 wird die Drosselklappe 12
mittels eines Blocks 26 aus ihrem im Schichtbetrieb
vollständig geöffneten Zustand wdksch in einen zumindest
teilweise geöffneten bzw. geschlossenen Zustand wdkhom für
den Homogenbetrieb gesteuert. Die Drehstellung der
Drosselklappe 12 im Homogenbetrieb ist dabei auf ein
stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch, also auf λ = 1
ausgerichtet und hängt des weiteren von z. B. dem
angeforderten Moment und/oder der Drehzahl N der
Brennkraftmaschine 1 und dergleichen ab.
Durch die Verstellung der Drosselklappe 12 geht die
Brennkraftmaschine 1 von dem stationären Schichtbetrieb in
einen instationären Schichtbetrieb über. In diesem
Betriebszustand fällt die dem Brennraum 4 zugeführte
Luftmasse von einer Füllung rlsch während des
Schichtbetriebs langsam zu kleineren Füllungen hin ab. Dies
ist aus der Fig. 3 ersichtlich. Die dem Brennraum 4
zugeführte Luftmasse rl bzw. dessen Füllung wird dabei von
dem Steuergerät 16 unter anderem aus dem Signal LM des
Luftmassensensors 10 ermittelt. Gemäß einem Block 27 wird
die Brennkraftmaschine 1 weiterhin im Schichtbetrieb
betrieben.
Danach wird mittels eines Blocks 28 der Fig. 2 in einen
instationären Homogenbetrieb umgeschaltet. Dies ist in der
Fig. 3 in einem Zeitpunkt 41 der Fall.
Gemäß einem Block 29 wird im Homogenbetrieb die in den
Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse rk in
Abhängigkeit von der dem Brennraum 4 zugeführten Luftmasse
rl derart gesteuert und/oder geregelt, daß ein
stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht, daß
also λ = 1 ist.
Die auf diese Weise beeinflusste Kraftstoffmasse rk hat zur
Folge, daß - zumindest während einer gewissen Zeitdauer -
das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Moment Md
ansteigen würde. Dies wird dadurch ausgeglichen, daß im
Zeitpunkt 41, also mit dem Umschalten in den
Homogenbetrieb, der Zündwinkel ZW, ausgehend von dem Wert
zwsch derart verstellt wird, daß das abgegebene Moment Md
ein sich unter anderem aus dem angeforderten Moment
ergebendes Soll-Moment mdsoll beibehält und damit etwa
konstant bleibt.
Zu diesem Zweck wird die Kraftstoffmasse rk aus der dem
Brennraum 4 zugeführten Luftmasse rl unter Zugrundelegung
eines stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Gemischs ermittelt.
Des weiteren wird der Zündwinkel ZW in Abhängigkeit von dem
Soll-Moment mdsoll in Richtung einer Spätzündung verstellt.
Im Hinblick auf diese Spätverstellung liegt somit noch eine
gewisse Abweichung von dem normalen Homogenbetrieb vor, mit
der vorübergehend die noch zuviel zugeführte Luftmasse und
das daraus resultierende zuviel erzeugte Moment der
Brennkraftmaschine 1 vernichtet wird.
In einem Block 30 wird geprüft, ob die dem Brennraum 4
zugeführte Luftmasse rl schließlich auf diejenige Füllung
gefallen ist, die zu einem stationären Homogenbetrieb bei
einem stöchiometrischem Kraftstoff/Luft-Gemisch gehört. Ist
dies noch nicht der Fall, so wird in einer Schleife über
den Block 29 weiter abgewartet. Ist dies jedoch der Fall,
so wird die Brennkraftmaschine 1 in dem stationären
Homogenbetrieb ohne eine Zündwinkelverstellung mittels des
Blocks 31 weiterbetrieben. In der Fig. 3 ist dies in einem
mit der Bezugsziffer 42 gekennzeichneten Zeitpunkt der
Fall.
In diesem stationären Homogenbetrieb entspricht die dem
Brennraum 4 zugeführte Luftmasse der Füllung rlhom für den
Homogenbetrieb und der Zündwinkel zwhom für die Zündkerze 9
entspricht ebenfalls demjenigen für den Homogenbetrieb.
Entsprechendes gilt für die Drehstellung wdkhom der
Drosselklappe 12.
In der Fig. 3 ist der stationäre Schichtbetrieb als
Bereich A, der instationäre Schichtbetrieb als Bereich B,
der instationäre Homogenbetrieb als Bereich C und der
stationäre Homogenbetrieb als Bereich D gekennzeichnet.
In der Fig. 4 ist ein Umschalten von einem Homogenbetrieb
in einen Schichtbetrieb dargestellt. Dabei wird von einem
stationären Homogenbetrieb ausgegangen, in dem
beispielsweise aufgrund der Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 in einen stationären Schichtbetrieb
übergegangen werden soll.
Die Umschaltung in den Schichtbetrieb wird von dem
Steuergerät 16 dadurch eingeleitet, daß die Anforderung des
Homogenbetriebs zurückgenommen wird. Nach einer Entprellung
wird die Umschaltung in den Schichtbetrieb freigegeben und
es wird die Drosselklappe 12 in diejenige Drehstellung
gesteuert, die für den Schichtbetrieb vorgesehen ist. Dabei
handelt es sich um eine Drehstellung, bei der die
Drosselklappe 12 weitgehend geöffnet ist. Dies ist durch
den Übergang von wdkhom nach wdksch in der Fig. 4
dargestellt.
Dabei ist es möglich, daß dieser Übergang ohne oder mit
Berücksichtigung eines Drosselklappen-Überschwingers von
dem Steuergerät 16 weiterverarbeitet wird. Dies ist in der
Fig. 4 durch durchgezogene oder gestrichelte Linien
dargestellt.
Das Öffnen der Drosselklappe 12 hat zur Folge, daß die dem
Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl zunimmt. Dies geht in
der Fig. 4 aus dem Verlauf von rlhom hervor. Danach
erfolgt die Umschaltung von dem beschriebenen instationären
Homogenbetrieb in einen instationären Schichtbetrieb. Dies
ist in der Fig. 4 in dem Zeitpunkt 43 der Fall.
Vor dem Umschalten in den Schichtbetrieb wird die
zunehmende, dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse dadurch
kompensiert, daß die eingespritzte Kraftstoffmasse rk
erhöht und der Zündwinkel ZW nach spät verstellt wird. Dies
ergibt sich in der Fig. 4 aus dem Verlauf von rkhom und
zwhom.
Nach dem Umschalten in den Schichtbetrieb wird die
eingespritzte Kraftstoffmasse rk auf den Wert rksch für den
Schichtbetrieb eingestellt. Entsprechendes gilt für den
Zündwinkel ZW, der auf den Wert zwsch für den
Schichtbetrieb eingestellt wird.
In der Fig. 4 ist der stationäre Homogenbetrieb als
Bereich A, der instationäre Homogenbetrieb als Bereich B,
der instationäre Schichtbetrieb als Bereich C und der
stationäre Schichtbetrieb als Bereich D gekennzeichnet.
In der Fig. 5a ist ein erstes Verfahren dargestellt, das
während des Umschaltvorgangs von dem Schichtbetrieb in den
Homogenbetrieb nach den Fig. 2 und 3 oder umgekehrt nach
der Fig. 4 angewendet werden kann. Das Verfahren dient
dazu, Drehmomentänderungen der Brennkraftmaschine 1, also
Änderungen des abgegebenen Ist-Moments Md während des
Umschaltvorgangs zu erkennen. Die in der Fig. 5a gezeigten
Blöcke stellen dabei Funktionen des Verfahrens dar, die
beispielsweise in der Form von Softwaremodulen oder
dergleichen in dem Steuergerät 16 realisiert sind.
In dem Bereich A der Fig. 3 und 4 wird von dem
Steuergerät 16 in einem Block 50 ein erster
Drehzahlgradiend dN(1) aus der in zwei aufeinanderfolgenden
Zeitpunkten erfaßten Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1
berechnet.
Danach wird in den darauffolgenden Bereichen B, C und D der
Fig. 3 und 4 von dem Steuergerät 16 jeweils zumindest
einmalig, gegebenenfalls auch mehrmals in einem Block 51
eine erwartete Drehzahl N' in Abhängigkeit von dem ersten
Drehzahlgradienten dN(1) bzw. weiteren Drehzahlgradienten
dN(i) und dem Soll-Moment mdsoll berechnet, wobei das Soll-
Moment mdsoll unter anderem abhängig ist von demjenigen
Moment, das der Fahrer über das Fahrpedal 17 von der
Brennkraftmaschine 1 anfordert. Diese erwartete Drehzahl N'
wird in einem Blcok 52 mit der erfaßten Drehzahl N der
Brennkraftmaschine 1 verglichen.
Ist die Differenz kleiner als eine erlaubte
Drehzahldifferenz ΔN, ist also der Betrag von N'-N < ΔN, so
wird daraus auf eine geringe Drehmomentänderung der
Brennkraftmaschine 1 geschlossen. Dies bedeutet
gleichzeitig, daß die Brennkraftmaschine 1 kein Ruckeln
oder dergleichen während des Umschaltvorgangs aufweist. Es
werden keine weiteren Maßnahmen ergriffen.
Ist die Differenz größer als die erlaubte Drehzahldifferenz
ΔN, ist also der Betrag von N'-N < ΔN, so wird daraus auf
eine Drehmomentänderung geschlossen, die ein Ruckeln der
Brennkraftmaschine 1 zur Folge hat bzw. darstellt. In
diesem Fall wird also aus dem Überschreiten der erlaubten
Drehzahldifferenz ΔN auf eine Laufunruhe bzw. ein Ruckeln
während des Umschaltvorgangs geschlossen.
Danach wird in einem Block 53 aus den beiden zeitlich
zuletzt erfaßten Drehzahlen N der Brennkraftmaschine 1 ein
weiterer Drehzahlgradient dN(i) berechnet, der mit dem
zuletzt berechneten Drehzahlgradienten dN(i-1) verglichen
wird. Ergibt sich dabei ein etwa stetiger Verlauf der
Drehzahlgradienten, so wird daraus geschlossen, daß die
festgestellte Drehmomentänderung auf einer Laständerung
beruht, also eine Folge beispielsweise einer Steigung ist,
und daß damit kein Ruckeln und keine Laufunruhe vorliegen.
Es werden deshalb keine weiteren Maßnahmen ergriffen.
Ergibt sich jedoch ein unstetiger Verlauf der berechneten
Drehzahlgradienten, so wird dies als Bestätigung von
Laufunruhen und dergleichen während des Umschaltvorgangs
gewertet. Dies hat in einem Block 54 Gegenmaßnahmen zur
Folge, die dem Ruckeln bzw. der Laufunruhe entgegenwirken
sollen, und die noch erläutert werden.
In der Fig. 5b ist ein zweites Verfahren dargestellt, das
während des Umschaltvorgangs von dem Schichtbetrieb in den
Homogenbetrieb nach den Fig. 2 und 3 oder umgekehrt nach
der Fig. 4 angewendet werden kann. Das Verfahren dient
dazu, Drehmomentänderungen der Brennkraftmaschine 1, also
Änderungen des Ist-Moments Md während des Umschaltvorgangs
zu erkennen. Die in der Fig. 5b gezeigten Blöcke stellen
dabei Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in
der Form von Softwaremodulen oder dergleichen in dem
Steuergerät 16 realisiert sind.
In jedem der Bereiche A, B, C und D der Fig. 3 und 4
werden in Blöcken 55, 56 zumindest zwei Drehzahlen N der
Brenkraftmaschine 1 in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
erfaßt, aus denen dann ein Drehzahlgradient dN(i) von dem
Steuergerät 16 berechnet wird. Jeweils zwei nacheinander
berechnete Drehzahlgradienten dN(i) und dN(i+l) werden in
einem Block 57 miteinander verglichen. Ergibt sich dabei
ein etwa stetiger Verlauf der Drehzahlgradienten, so wird
daraus geschlossen, daß keine oder nur auf Laständerungen
beruhende Drehmomentänderungen vorhanden sind, die eine
Folge beispielsweise einer Änderung des Fahrwiderstandes
sind, und daß damit kein Ruckeln und keine Laufunruhe
vorliegen. Es werden deshalb keine weiteren Maßnahmen
ergriffen.
Ergibt sich jedoch ein unstetiger Verlauf der berechneten
Drehzahlgradienten, so wird daraus auf ein Ruckeln bzw. auf
Laufunruhen und dergleichen während des Umschaltvorgangs
geschlossen. Dies hat in einem Block 58 Gegenmaßnahmen zur
Folge, die dem Ruckeln bzw. der Laufunruhe entgegenwirken
sollen, und die noch erläutert werden.
Sind nach einem der Verfahren der Fig. 5a oder 5b
Änderungen des Ist-Moments Md der Brennkraftmaschine 1
während des Umschaltvorgangs erkannt worden, so werden in
den Blöcken 54 bzw. 58 Gegenmaßnahmen eingeleitet. Bei
diesen Gegenmaßnahmen handelt es sich um Veränderungen der
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1, mit denen das Ist-
Moment Md der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt wird.
Bei einem Umschaltvorgang vom Schichtbetrieb in den
Homogenbetrieb nach den Fig. 2 und 3 werden im Bereich A
keine Änderungen der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
1 vorgenommen.
Bei im Bereich B festgestellten Drehmomentänderungen wird
die in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoffmasse rk
derart vermindert oder erhöht, daß die festgestellten
Drehmomentänderungen geringer werden. Bei im Bereich C
festgestellten Drehmomentänderungen wird der Zündwinkel ZW
bzw. der Zündzeitpunkt derart nach spät verstellt, so daß
die überhöhte Füllung rl des Brennraums 4 kompensiert und
damit die Drehmomentänderungen vermindert werden. Bei
festgestellten Drehmomentänderungen in den Bereichen B und
C handelt es sich um dynamische Drehmomentänderungen, die
durch adaptive Änderungen der jeweils genannten
Betriebsgrößen bleibend korrigiert werden können.
Bei im Bereich D festgestellten Drehmomentänderungen
handelt es sich um statische Drehmomentänderungen, die
durch eine entsprechende adaptive Beeinflussung der im
Schichtbetrieb in den Brennraum 4 einzuspritzenden
Kraftstoffmasse rk oder durch Beeinflussung der im
Homogenbetrieb einzustellenden Luftmasse rl und des
Kraftstoffes rk ausgeglichen werden können.
Bei einem Umschaltvorgang vom Homogenbetrieb in den
Schichtbetrieb nach der Fig. 4 werden im Bereich A keine
Änderungen der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1
vorgenommen.
Bei im Bereich B festgestellten Drehmomentänderungen wird
der Zündwinkel ZW bzw. der Zündzeitpunkt derart nach spät
verstellt, so daß die überhöhte Füllung rl des Brennraums 4
kompensiert und damit die Drehmomentänderungen vermindert
werden. Bei im Bereich C festgestellten
Drehmomentänderungen wird die in den Brennraum 4
einzuspritzende Kraftstoffmasse rk derart vermindert oder
erhöht, daß die festgestellten Drehmomentänderungen
geringer werden. Bei festgestellten Drehmomentänderungen in
den Bereichen B und C handelt es sich um dynamische
Drehmomentänderungen, die durch adaptive Änderungen der
jeweils genannten Betriebsgrößen bleibend korrigiert werden
können.
Bei im Bereich D festgestellten Drehmomentänderungen
handelt es sich um statische Drehmomentänderungen, die
durch eine entsprechende adaptive Beeinflussung z. B. der im
Schichtbetrieb in den Brennraum 4 einzuspritzenden
Kraftstoffmasse rk ausgeglichen werden können.
Die genannten Beeinflussungen von Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 zur Kompensation von Laufunruhen bzw.
eines Ruckelns während eines Umschaltvorgangs können dabei
sofort vorgenommen werden, so daß gegebenenfalls noch eine
Wirkung während des aktuellen Umschaltvorgangs auftritt. Es
ist aber ebenfalls möglich, daß die Beeinflussungen derarut
ausgeführt werden, daß eine Wirkung erst bei dem nächsten
Umschaltvorgang vorhanden ist.
Claims (13)
1. erfahren 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 zwischen den beiden
Betriebsarten umgeschaltet wird, und bei dem die das Ist-
Moment (Md) der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden
Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment
(mdsoll) in den beiden Betriebsarten unterschiedlich
gesteuert und/oder geregelt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Änderung des Ist-Moments (Md) während eines
Umschaltvorgangs ermittelt wird (Fig. 5a, Fig. 5b), und daß
in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen
beeinflußt wird (54, 58).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Änderung des Ist-Moments (Md) in Abhängigkeit von der
erfaßten Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine ermittelt wird
(50, 51, 52, 53, 55, 56, 57).
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Soll-Moment
(mdsoll) eine erwartete Drehzahl (N') ermittelt wird (51),
und daß die erwartete Drehzahl (N') mit der erfaßten
Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine (1) verglichen wird
(52).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
(1) beeinflußt wird, wenn die erfaßte Drehzahl (N) um mehr
als eine vorgebbare Drehzahldifferenz (λN) von der
erwarteten Drehzahl (N') abweicht (54).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
keine Beeinflussung durchgeführt wird, wenn mehrere
aufeinanderfolgende Drehzahldifferenzen (dN(i-1), dN(i))
einen etwa stetigen Verlauf aufweisen (53).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß aus der erfaßten Drehzahl (N) der
Brennkraftmaschine (1) zumindest zwei Drehzahlgradienten
(dN(i), dN(i+1)) ermittelt werden (55, 56), und daß zwei
der Drehzahlgradienten (dN(i-1), dN(i)) miteinander
verglichen werden (57).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
(1) beeinflußt wird (58), wenn die beiden
Drehzahlgradienten (dN(i-1), dN(i)) einen unstetigen
Verlauf aufweisen.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beeinflussung einer der
Betriebsgrößen adaptiv durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beeinflussung einer der
Betriebsgrößen erst für den nächsten Umschaltvorgang
durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Betriebsart die
eingespritzte Kraftstoffmasse (rk) insbesondere im Sinne
einer Erhöhung beeinflußt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart der
Zündwinkel (ZW) bzw. der Zündzeitpunkt insbesondere im
Sinne einer Spätverstellung beeinflußt wird.
12. Steuerelelement, 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 11 geeignet ist.
13. 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 Brennraum (4)
einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät (16) zur
Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur
unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden
Betriebsarten der das Ist-Moment (Md) der
Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in
Abhängigkeit von einem Soll-Moment (mdsoll), dadurch
gekennzeichnet, daß eine Änderung des Ist-Moments (Md)
während eines Umschaltvorgangs von dem Steuergerät (16)
ermittelbar ist (Fig. 5a, Fig. 5b), und daß in Abhängigkeit
davon zumindest eine der Betriebsgrößen von dem Steuergerät
(16) beeinflußbar ist (54, 58).
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