DE19840706A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Es ist eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mit einem Einspritzventil (10) versehen ist, mit dem der für eine Verbrennung einzuspritzende Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt in einen Brennraum (4) eines Zylinders (3) einspritzbar ist. Es ist eine Zündkerze (11) vorgesehen, mit der in beiden Betriebsarten der eingespritzte Kraftstoff entzündbar ist. Mit einem Steuergerät (12) sind die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) in den beiden Betriebsarten steuer- und/oder regelbar. Durch das Steuergerät (12) sind in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für den jeweiligen Zylinder (3) ermittelbar, insbesondere in Abhängigkeit voneinander ermittelbar. Diese Betriebsgrößen werden beibehalten.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem der für eine Verbrennung einzuspritzende Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt in einen Brennraum eines Zylinders eingespritzt und in beiden Betriebsarten danach entzündet wird, und bei dem in den beiden Betriebsarten die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine gesteuert und/oder geregelt werden. Ebenfalls betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil, mit dem der für eine Verbrennung einzuspritzende Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt in einen Brennraum eines Zylinders einspritzbar ist, mit einer Zündkerze, mit der in beiden Betriebsarten der eingespritzte Kraftstoff entzündbar ist, und mit einem Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine in den beiden Betriebsarten.

Systeme zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt.

Bei diesen Systemen wird als erste Betriebsart ein sogenannter Homogenbetrieb und als zweite Betriebsart ein sogenannter Schichtbetrieb 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 und damit das Moment 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, werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung von Kraftstoff, also beispielsweise die Einspritzdauer und der Einspritzbeginn, und die Betriebsgrößen für die Entzündung des eingespritzten Kraftstoffs, also beispielsweise der Zündzeitpunkt, in Abhängigkeit von einer Mehrzahl weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sowie im Hinblick auf das von dem Fahrer erwünschte abzugebende Moment 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.

Zwangsläufig ist es erforderlich, daß zwischen den beiden Betriebsarten der Brennkraftmaschine, also dem Homogenbetrieb und dem Schichtbetrieb hin- und hergeschaltet wird. Diese Umschaltung muß möglichst ruckfrei erfolgen und darf möglichst wenig zusätzlichen Aufwand insbesondere im Hinblick auf die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine mit sich bringen. Ebenfalls ist es zwangsläufig erforderlich, daß im Schichtbetrieb richtig gezündet wird. Dies muß durch aufeinander abgestimmte Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Entzündung erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei denen eine einfache und trotzdem effektive Umschaltung realisiert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für den jeweiligen Zylinder ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit voneinander ermittelt, und beibehalten werden. Bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch das Steuergerät in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für den jeweiligen Zylinder ermittelbar sind, insbesondere in Abhängigkeit voneinander ermittelbar sind, und beibehalten werden.

Die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung werden also im Schichtbetrieb nicht mehr aktualisiert, sondern werden ermittelt und beibehalten. Bei einer Umschaltung in den Homogenbetrieb können somit die für den Schichtbetrieb ermittelten Betriebsgrößen nicht mehr verändert und ggf. verfälscht werden. Die bereits ermittelten Betriebsgrößen werden beibehalten und die von diesen Betriebsgrößen betroffenen Zylinder werden im Schichtbetrieb weiterbetrieben. Erst die nach dem Umschalten neu zu berechnenden Betriebsgrößen werden für den Homogenbetrieb ermittelt, so daß dann die hierzu gehörigen Zylinder im Homogenbetrieb betrieben werden.

Der wesentliche Vorteil dieser Ermittlung und Beibehaltung von Betriebsgrößen im Schichtbetrieb besteht darin, daß beim Umschalten keine doppelte Berechnung von Betriebsgrößen für den Schichtbetrieb und den Homogenbetrieb erforderlich ist. Statt dessen werden die für die eine Betriebsart bereits ermittelten Betriebsgrößen beibehalten und erst die nachfolgenden Betriebsgrößen werden in der anderen Betriebsart berechnet.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für den Schichtbetrieb eine Aktualisierung von Betriebsgrößen verhindert wird. Damit wird gewährleistet, daß die gegenseitige Abhängigkeit der Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung nicht durch eine Akutalisierung von nur einer der beiden Betriebsgrößen verfälscht wird. Es wird also erreicht, daß im Schichtbetrieb insbesondere der zeitliche Abstand der Entzündung nach der Einspritzung einmalig korrekt ermittelt und dann beibehalten, also nicht verändert wird.

Ebenfalls können bereits für den Homogenbetrieb vorhandene Verfahrensteile und damit die zugehörigen Programmmodule ohne wesentliche Veränderungen weiterverwendet werden. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil im Hinblick auf die Entwicklungszeit und die Entwicklungskosten dar.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung in einem spätestmöglichen Zeitpunkt ermittelt. Damit wird erreicht, daß möglichst aktuelle Werte bei der Ermittlung der zueinandergehörenden Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung zugrundegelegt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der zweiten Betriebsart die zueinandergehörenden Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung ab einem festen Drehwinkel ermittelt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in der zweiten Betriebsart die zueinandergehörenden Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung innerhalb eines festen Bereichs des Drehwinkels ermittelt.

Damit wird gewährleistet, daß die Ermittlung der Betriebsgrößen am Ende dieses Bereichs beendet und damit die Betriebsgrößen dort sicher zur Verfügung stehen. Durch die Vorgabe eines entsprechenden Bereichs ist es möglich, in jedem Fall sicherzustellen, daß die für den zugehörigen Zylinder erforderlichen Betriebsgrößen zur Verfügung stehen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei einer Umschaltung von der ersten in die zweite Betriebsart oder umgekehrt die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung auf der Grundlage der jeweils vorliegenden Betriebsart ermittelt.

Im Zeitpunkt der Umschaltung wird also auch die Art der Berechnung der Betriebsgrößen umgeschaltet. Dies ist - wie bereits erwähnt - möglich, da die zuvor ermittelten Betriebsgrößen gegebenenfalls beibehalten werden. Damit sind keine besonderen Maßnahmen für die einer Umschaltung unmittelbar nachfolgenden Berechnungen von Betriebsgrößen erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einem Übergang von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart die Betriebsgrößen für die Entzündung für diejenigen Zylinder, deren Einspritzung auf der Grundlage der ersten Betriebsart ausgeführt worden ist, beibehalten werden.

Ebenfalls ist es besonders vorteilhaft, wenn bei einem Übergang von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für diejenigen Zylinder, deren Einspritzung auf der Grundlage der ersten Betriebsart nicht mehr ausführbar ist, beibehalten werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Ermittlung und/oder Beibehaltung der Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung in Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ermittlung und Beibehaltung von ermittelten Betriebsgrößen kann das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise auch an Brennkraftmaschinen mit beliebiger Anzahl von Zylindern angepaßt werden. Der einzige Unterschied, der sich daraus ergeben kann, besteht in der Anzahl von beizubehaltenden Betriebsgrößen bei einer Umschaltung.

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 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Ermittlung von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine der Fig. 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm des Schichtbetriebs der Brennkraftmaschine der Fig. 1,

Fig. 4 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm eines Übergangs von dem Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb bei der Brennkraftmaschine der Fig. 1, und

Fig. 5 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm eines Übergangs von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb bei der Brennkraftmaschine der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, der unter anderem durch den Kolben 2, ein Einlaßventil 5 und ein Auslaßventil 6 begrenzt ist. Mit dem Einlaßventil 5 ist ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslaßventil 6 ist ein Abgasrohr 8 gekoppelt.

In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 9 untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von der Winkelstellung der Drosselklappe 9. Die Strömung der zugeführten Luft kann durch eine Vorrichtung im Ansaugrohr 7 beeinflusst werden.

Dem Zylinder 3 ist ein Einspritzventil 10 zugeordnet, mit dem Kraftstoff in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt werden kann. Ebenfalls ist eine Zündkerze 11 dem Zylinder 3 zugeordnet, mit der der eingespritzte Kraftstoff entzündet werden kann.

Der hin- und herbewegbare Kolben 2 wird auf eine nicht­ dargestellte Kurbelwelle übertragen und versetzt diese in eine Drehbewegung.

In einer ersten Betriebsart, einem sogenannten Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 9 in Abhängigkeit von der erwünschten, zugeführten Luftmasse teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 10 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 11 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben.

In einer zweiten Betriebsart, einem sogenannten Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 9 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 10 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar zeitlich in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt, so daß sich in der unmittelbaren Umgebung der Zündkerze 11 durch die Kraftstoffwolke ein zündfähiges Gemisch ausbildet. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 11 der Kraftstoff entzündet, so daß der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird.

Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 10 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse wird von einem Steuergerät 12 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung sowie im Hinblick auf das von dem wahrer erwünschte abzugebende Moment gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 12 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 12 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät mit einem Luftmassensensor, einem Lambda-Sensor und einem Drehzahlsensor verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 12 mit einem Fahrpedalsensor verbunden, der ein Signal erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals angibt. Das Steuergerät 12 erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflußt werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät mit dem Einspritzventil 10, der Zündkerze 11 und der Drosselklappe 9 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale.

Von dem Steuergerät 12 wird das nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 5 beschriebene Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 ausgeführt. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder 3 mit den Nummern 1, 2, 3, 4 aufweist. Zum Durchlauf einer vollständigen Verbrennung, also einer Ansaugphase, einer Verdichtungsphase, einer Arbeitsphase und einer Ausstoßphase, benötigt die Brennkraftmaschine 1 somit zwei Umdrehungen, also 720 Grad Kurbelwellenwinkel.

Auf der Kurbelwelle ist eine Scheibe mit Zähnen aufgebracht. Ein Drehzahlsensor gibt die durch die Zähne induzierte Spannung an das Steuergerät 12 weiter, das daraus zwei sogenannte tr-Marken 13, 14 ermittelt. Diese tr-Marken 13, 14 sind in der Fig. 2 dargestellt. Die tr-Marken 13, 14 sind in einem Abstand von 180 Grad Kurbelwellenwinkel auf der Kurbelwelle angeordnet, so daß bei jeder der vorstehend genannten Phasen der Brennkraftmaschine 1 eine entsprechende tr-Marke 13, 14 ausgelöst wird.

Entsprechend der Fig. 2 sind die tr-Marken 13, 14 in einem Winkel GW vor dem oberen Totpunkt ZOT=OT bzw. unteren Totpunkt ZOT'=UT der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Der Winkel GW beträgt beispielhaft 72 Grad. Die tr-Marken 13, 14 dienen der Auslösung der Ermittlung der Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung durch das Steuergerät 12. Diese Berechnung wird durch den Durchlauf der Kurbelwelle durch den Winkel GW angestoßen.

In der ersten Betriebsart, also im Homogenbetrieb, werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung, also insbesondere die Einspritzdauer und der Einspritzbeginn, zumindest bei derjenigen tr-Marke ermittelt, die unmittelbar vor der Ansaugphase des zugehörigen Zylinders 3 auftritt. Damit sind die Betriebsgrößen für die Einspritzung bekannt und es kann während der Ansaugphase der Kraftstoff entsprechend diesen Betriebsgrößen eingespritzt werden. Die genannten Betriebsgrößen für die Einspritzung werden zusätzlich auch noch bei derjenigen tr-Marke ermittelt, die während der Ansaugphase auftritt. Die dabei berechneten Betriebsgrößen werden dann für die Steuerung der Einspritzung verwendet, sofern dies zeitlich noch möglich ist. Hat die Einspritzung jedoch bereits auf der Grundlage der unmittelbar vor der Ansaugphase berechneten Betriebsgrößen begonnen, so werden die während der Ansaugphase berechneten Betriebsgrößen nicht verwendet. Eine Aktualisierung findet in diesem Fall nicht statt.

Auf diese Weise wird erreicht, daß im Homogenbetrieb immer möglichst aktuell berechnete Betriebsgrößen für die Einspritzung verwendet werden. Die eigentliche Ausführung der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 erfolgt dann auf der Grundlage dieser aktuell berechneten Betriebsgrößen für die Einspritzung.

Entsprechend werden im Homogenbetrieb die Betriebsgrößen für die Entzündung, insbesondere der Zündzeitpunkt, zumindest bei derjenigen tr-Marke ermittelt, die unmittelbar vor der Verdichtungsphase auftritt. Zusätzlich werden diese Betriebsgrößen bei derjenigen tr-Marke berechnet, die während der Verdichtungsphase auftritt. Sofern es zeitlich noch möglich ist, werden die später berechneten, also die während der Verdichtungsphase ermittelten Betriebsgrößen zur Steuerung der Zündkerze 11 verwendet. Ist dies jedoch nicht mehr möglich, so werden die zuerst, also unmittelbar vor der Verdichtungsphase berechneten Betriebsgrößen für die Entzündung verwendet.

Auf diese Weise wird erreicht, daß im Homogenbetrieb immer möglichst aktuell berechnete Betriebsgrößen für die Entzündung verwendet werden. Die eigentliche Ausführung der Entzündung des in den Brennraum 4 eingespritzten Kraftstoffs erfolgt dann auf der Grundlage dieser aktuell berechneten Betriebsgrößen für die Entzündung.

Insgesamt ist somit im Homogenbetrieb eine weitgehende Flexibilität bei der Einspritzung von Kraftstoff und dessen Entzündung gegeben. Insbesondere ist im Homogenbetrieb keine Kopplung der Einspritzung und der Entzündung vorhanden, so daß diese weitgehend unabhängig voneinander ermittelt und ausgeführt werden können.

In der Fig. 3 ist der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in der zweiten Betriebsart, also im Schichtbetrieb dargestellt. Es wird dabei davon ausgegangen, daß die Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 in der Reihenfolge der Nummern 1-3-4-2 nacheinander Verbrennungen ausführen. Die in der Fig. 3 bei den oberen Totpunkten OT beigefügten Ziffern entsprechen diesen Nummern der einzelnen Zylinder 3. Die den tr-Marken TR beigefügten Buchstaben A, B, C, entsprechen den zeitlich aufeinanderfolgenden tr-Marken 13, 14. Die in den rechteckigen Blöcken enthaltenen Abkürzungen setzen sich aus Buchstaben und Ziffern zusammen, wobei der erste Buchstabe entweder ein "E" für Einspritzung oder ein "Z" für Entzündung sein kann, die nachfolgende Ziffer der Nummer des zugehörigen Zylinders zugeordnet ist, und der letzte Buchstaben entweder ein "s" für Schichtbetrieb oder ein "h" für Homogenbetrieb sein kann. Schichtbetrieb wird ebenfalls durch "sch" und Homogenbetrieb durch "hom" abgekürzt.

Im Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 4 während der Verdichtungsphase. Die Entzündung des in den Brennraum 4 eingespritzten Kraftstoffs erfolgt ebenfalls während der Verdichtungsphase oder am Anfang der nachfolgenden Arbeitsphase. Bei dem als Beispiel herausgegriffenen Zylinder Nummer 4 erfolgt die Einspritzung und Entzündung während der Verdichtungsphase zwischen den oberen Totpunkten OT3 und OT4. Dies ist in der Fig. 3 durch die Blöcke E4s und Z4s gekennzeichnet.

Die Berechnung der Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Entzündung wird im Schichtbetrieb durch diejenige tr-Marke ausgelöst, die der Verdichtungsphase des betreffenden Zylinders unmittelbar vorausgeht. In der Fig. 3 ist dies bei dem beispielhaft gewählten Zylinder Nummer 4 die tr-Marke TR_A.

Bei dieser tr-Marke werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Entzündung in Abhängigkeit voneinander und etwa gleichzeitig berechnet. Dabei werden die Einspritzung und die Entzündung derart aneinander angepaßt, daß der von dem Einspritzventil 10 eingespritzte Kraftstoff sicher von der Zündkerze 11 entzündet wird. Hierzu ist es erforderlich, daß die Zeitdauer zwischen der Einspritzung und der Entzündung gerade so gewählt wird, daß der eingespritzte Kraftstoff sich im Zeitpunkt der Entzündung in einem zündfähigen Gemisch möglichst genau im Bereich der Zündkerze 11 befindet und damit von dieser entzündet werden kann. Die Zeitdauer zwischen der Einspritzung und der Entzündung ist also zumindest abhängig von der Ausgestaltung des Brennraums 4, der Anordnung des Einspritzventils 10 im Hinblick auf die Zündkerze 11, sowie von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und dem Druck, mit dem der Kraftstoff von dem Einspritzventil 10 eingespritzt wird.

Im vorliegenden Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1 entsprechend der Fig. 3 wird eine derartige Neuberechnung zwar durchgeführt, es erfolgt jedoch keine Änderung der ursprünglich ermittelten Betriebsgrößen. Statt dessen werden die ursprünglichen Betriebsgrößen beibehalten. Bei dem beispielhaft gewählten Zylinder Nummer 4 werden also die bei der tr-Marke TR_A ermittelten Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung beibehalten und in jedem Fall der tatsächlichen Einspritzung und Entzündung zugrundegelegt.

Verallgemeinert bedeutet dies, daß im Schichtbetrieb die Berechnung der Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Entzündung in Abhängigkeit voneinander erfolgt und spätestens durch diejenige tr-Marke ausgelöst wird, die unmittelbar vor der Verdichtungsphase des zugehörigen Zylinders 3 auftritt. Diese etwa gleichzeitig berechneten Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung werden dann beibehalten und nicht erneuert.

Damit wird gewährleistet, daß die Abhängigkeit der Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung nicht durch eine Neuberechnung von eventuell nur einer der beiden Betriebsgrößen verändert und damit die Verbrennung in dem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 gestört wird. Es wird damit gewährleistet, daß die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung für denselben Zylinder an derselben tr-Marke ausgehend von dem zu diesem Zeitpunkt ermittelten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 ausgehen. Eine Neuberechnung findet somit für Einspritzung und Entzündung immer gleichzeitig statt. Eine Verbrennung in dem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 kann somit - wie gesagt - nicht gestört werden.

In der Fig. 4 ist der Übergang der Brennkraftmaschine 1 von dem Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb dargestellt. Dabei wird von denselben Voraussetzungen wie in der Fig. 3 ausgegangen und es werden dieselben Abkürzungen verwendet.

Ausgegangen wird von dem Zylinder Nummer 3, der nach der Fig. 4 noch im Homogenbetrieb betrieben und entsprechend berechnet wird. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Betriebsgrößen für die Entzündung des Zylinders Nummer 3 zuletzt bei der tr-Marke TR_A ermittelt. Da diese Betriebsgrößen tatsächlich berechnet werden, ist dies in der Fig. 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Wie bereits erläutert, werden diese aktuellen Betriebsgrößen bei der Entzündung des eingespritzten Kraftstoffs genau dann verwendet, wenn dies zeitlich noch möglich ist. Die eigentliche Entzündung ist in der Fig. 4 durch den Block Z3h gekennzeichnet.

Ebenfalls werden bei der tr-Marke TR_A die Betriebsgrößen für die Entzündung des Zylinders Nummer 4, die Einspritzung des Zylinders Nummer 2 und die Entzündung des Zylinders Nummer 2 ermittelt. Auch diese Berechnungen werden tatsächlich durchgeführt und sind in der Fig. 4 deshalb als durchgezogene Linie dargestellt. Die tatsächliche Einspritzung des Zylinders Nummer 2 erfolgt dann in der Fig. 4 durch den Block E2h.

Im Zeitpunkt der tr-Marke TR_B stellt das Steuergerät 12 beispielsweise aufgrund eines entsprechenden internen binären Signals fest, daß eine Umschaltung der Brennkraftmaschine 1 von dem Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb erfolgen soll. Dies ist im unteren Teil der Fig. 4 durch eine Sprungfunktion dargestellt.

An sich würde durch die tr-Marke TR_B daraufhin die erneute Berechnung der Entzündung der Zylinder Nummer 4 und Nummer 2 und die Ermittlung der Einspritzung und der Entzündung des Zylinders Nummer 1 erfolgen. Diese Berechnungen finden aufgrund der Umschaltung in den Schichtbetrieb nicht statt. Die entsprechenden Linien sind deshalb in der Fig. 4 gestrichelt dargestellt.

Statt dessen wird die bei der tr-Marke TR_A berechneten Betriebsgrößen für die Entzündung des Zylinders Nummer 4 und des Zylinders Nummer 2 unverändert beibehalten. Die tatsächliche Entzündung des Zylinders Nummer 4 und des Zylinders Nummer 2 erfolgt in der Fig. 4 dann durch die Blöcke Z4h und Z2h. Die Entzündung der Zylinder Nummer 4 und Nummer 2 wird somit im Homogenbetrieb abgeschlossen.

An dieser Stelle muß ergänzt werden, daß im Homogenbetrieb, wie auch im Schichtbetrieb bei einer tr-Marke immer mehrere Paare von Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung von dem Steuergerät 12 im voraus, also in die Zukunft gerichtet, ermittelt werden. Diese Paare von Betriebsgrößen werden dann bei der nächsten tr-Marke durch die dort ermittelten aktuelleren Paare von Betriebsgrößen ersetzt.

Dies ist in der Fig. 4 im Zusammenhang mit den Betriebsgrößen für den Zylinder Nummer 1 dargestellt. Diese Betriebsgrößen werden bei der tr-Marke TR_B ermittelt und werden dann durch die bei der tr-Marke TR_C berechneten Betriebsgrößen ersetzt. Dies bedeutet bei dem Zylinder Nummer 1 gleichzeitig, daß dort keine Einspritzung während der Ansaugphase stattfindet. Dies ist in der Fig. 4 durch den durchgestrichenen Block E1h angedeutet. Der Zylinder Nummer 1 ist damit bereits in den Schichtbetrieb umgeschaltet.

Bei der tr-Marke TR_C werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung des Zylinders Nummer 1 ermittelt. Dies ergibt sich in der Fig. 4 aus der durchgezogenen Linie. Die Betriebsgrößen werden, wie bereits erläutert, in Abhängigkeit voneinander und etwa gleichzeitig berechnet. Die Berechnung erfolgt für den Schichtbetrieb.

Bei der tr-Marke TR_C wird keine Berechnung der Entzündung des Zylinders Nummer 2 durchgeführt, selbst wenn dies zeitlich möglich wäre. Wie bereits erwähnt, wird der Zylinder Nummer 2 mit denjenigen Betriebsgrößen für die Entzündung tatsächlich entzündet, die bei der tr-Marke TR_A für den Homogenbetrieb ermittelt worden sind.

Bei der tr-Marke TR_D werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung des Zylinders Nummer 3 ermittelt. Dies ergibt sich in der Fig. 4 aus der durchgezogenen Linie. Diese Betriebsgrößen werden, wie bereits erläutert, in Abhängigkeit voneinander und etwa gleichzeitig berechnet. Die Berechnung erfolgt für den Schichtbetrieb.

Bei der tr-Marke TR_D wird keine Berechnung der Entzündung des Zylinders Nummer 1 durchgeführt, selbst wenn dies zeitlich möglich wäre. Dies ist in der Fig. 4 durch die gestrichelte Linie dargestellt.

Statt dessen wird der Zylinder Nummer 1 mit den bei der tr-Marke TR_C für den Schichtbetrieb berechneten Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung tatsächlich angesteuert. Dies ist in der Fig. 4 durch die Blöcke Z1s und E1s dargestellt.

Entsprechend wird bei der tr-Marke TR_E keine Berechnung der Entzündung des Zylinders Nummer 3 durchgeführt, selbst wenn dies zeitlich möglich wäre. Dies ist in der Fig. 4 durch die gestrichelte Linie dargestellt.

Statt dessen wird der Zylinder Nummer 3 mit den bei der tr-Marke TR_D für den Schichtbetrieb berechneten Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung tatsächlich angesteuert. Dies ist in der Fig. 4 durch die Blöcke Z3s und E3s dargestellt.

Die Brennkraftmaschine 1 befindet sich damit im Schichtbetrieb und kann auf die im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläuterten Weise weiterbetrieben werden.

In der Fig. 5 ist der Übergang der Brennkraftmaschine 1 von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb dargestellt. Dabei wird von denselben Voraussetzungen wie in der Fig. 3 ausgegangen und es werden dieselben Abkürzungen verwendet.

Ausgegangen wird von dem Zylinder Nummer 3, der nach der Fig. 5 noch im Schichtbetrieb betrieben und entsprechend berechnet wird. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung des Zylinders Nummer 3 nicht bei der tr-Marke TR_A, sondern bei der vorhergehenden tr-Marke ermittelt. Die tatsächliche Einspritzung und Entzündung erfolgt dann in der Fig. 5 durch die Blöcke E3s und Z3s.

Wie aus der Fig. 5 ebenfalls ersichtlich ist, werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung des Zylinders Nummer 4 bei der tr-Marke TR_A ermittelt. Da diese Betriebsgrößen tatsächlich berechnet werden, ist dies in der Fig. 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.

Des weiteren werden bei der tr-Marke TR_A die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung für den Zylinder Nummer 2 ermittelt. Diese Berechnung erfolgt im Rahmen der im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschriebenen Ermittlung von mehreren Paaren von Betriebsgrößen durch das Steuergerät 12 im voraus.

Bei der tr-Marke TR_B stellt das Steuergerät 12 fest, daß von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb umgeschaltet werden soll. Dies ist im unteren Teil der Fig. 5 durch eine entsprechende binäre Sprungfunktion dargestellt.

Daraufhin werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung, die bei der tr-Marke TR_A für den Zylinder Nummer 4 ermittelt worden sind, tatsächlich von dem Steuergerät 12 zur Ausführung dieser Einspritzung und Entzündung verwendet. Dies ergibt die Blöcke E4s und Z4s der Fig. 5. Die Einspritzung und die Entzündung des Zylinders Nummer 4 wird also im Schichtbetrieb abgeschlossen.

Des weiteren werden bei der tr-Marke TR_B die Betriebsgrößen für die Einspritzung des Zylinders Nummer 1 ermittelt. Dies ist in der Fig. 5 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die Berechnung erfolgt für den Homogenbetrieb. Die bereits im voraus berechneten Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung des Zylinders Nummer 2 werden nicht ersetzt. Dies ist in der Fig. 5 durch die gestrichelten Linien dargestellt.

Nunmehr erfolgt die tatsächliche Einspritzung in den Zylinder Nummer 1 entsprechend der bei der tr-Marke TR_B berechneten Betriebsgrößen. Daraus ergibt sich der Block E1h der Fig. 1 mit der tatsächlichen Einspritzung in den Zylinder Nummer 1. Diese Einspritzung erfolgt somit im Homogenbetrieb.

Bei der tr-Marke TR_C werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung oder für die Entzündung des Zylinders Nummer 2 nicht ersetzt, selbst wenn dies zeitlich möglich wäre. Statt dessen wird die Einspritzung und die Entzündung des Zylinders Nummer 2 entsprechend der Betriebsgrößen durchgeführt, die bei der tr-Marke TR_A ermittelt worden sind. Die Einspritzung und die Entzündung des Zylinders Nummer 2 wird also im Schichtbetrieb abgeschlossen.

Bei der tr-Marke TR_C werden die Betriebsgrößen für die Einspritzung in den Zylinder Nummer 3 und die Betriebsgrößen für die Entzündung in dem Zylinder Nummer 1 auf der Grundlage des Homogenbetriebs ermittelt. Dies ist in der Fig. 5 mit jeweils durchgezogenen Linien dargestellt. Eine Berechnung von Betriebsgrößen für den Zylinder Nummer 1 auf der Grundlage des Schichtbetriebs unterbleibt. Dies ist in der Fig. 5 mittels der durchgestrichenen Blöcke E1s und Z1s angedeutet.

Die Einspritzung in den Zylinder Nummer 3 erfolgt dann mit den Betriebsgrößen der tr-Marke TR_C.

Bei der tr-Marke TR_D werden die Betriebsgrößen für die Entzündung des Zylinders Nummer 3 sowie weitere Betriebsgrößen für weitere Zylinder berechnet. Sofern zeitlich möglich, werden bereits vorhandene Betriebsgrößen für die Entzündung des Zylinders Nummer 3 durch die aktuellen Betriebsgrößen ersetzt. Entsprechendes gilt für die Betriebsgrößen für die Entzündung des Zylinders Nummer 1.

Es werden dann die tatsächliche Entzündung in dem Zylinder Nummer 1 und die tatsächliche Einspritzung in den Zylinder Nummer 4 auf der Grundlage der jeweils aktuellsten Betriebsgrößen durchgeführt.

Die Brennkraftmaschine 1 befindet sich nunmehr im Homogenbetrieb und kann auf die eingangs beschriebene Weise weiterbetrieben werden.

Wie eingangs erwähnt, wird bei der vorhergehenden Beschreibung davon ausgegangen, daß die Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder 3 aufweist. Besitzt die Brennkraftmaschine 1 mehr oder weniger Zylinder 3, so ist eine Anpassung erforderlich.

Wesentlich ist dabei, daß in der zweiten Betriebsart, also im Schichtbetrieb, die Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung eines der Zylinder 3 immer in einem spätestmöglichen Zeitpunkt ermittelt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem der für eine Verbrennung einzuspritzende Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt in einen Brennraum (4) eines Zylinders (3) eingespritzt und in beiden Betriebsarten danach entzündet wird, und bei dem in den beiden Betriebsarten die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) gesteuert und/oder geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für den jeweiligen Zylinder (3) ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit voneinander ermittelt, und beibehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung in einem spätestmöglichen Zeitpunkt ermittelt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart die zueinandergehörenden Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung ab einem festen Drehwinkel (13, 14) ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart die zueinandergehörenden Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung innerhalb eines festen Bereichs (GW) des Drehwinkels ermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Umschaltung von der ersten in die zweite Betriebsart oder umgekehrt die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung auf der Grundlage der jeweils vorliegenden Betriebsart ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Übergang von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart die Betriebsgrößen für die Entzündung für diejenigen Zylinder, deren Einspritzung auf der Grundlage der ersten Betriebsart ausgeführt worden ist, beibehalten werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Übergang von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für diejenigen Zylinder, deren Einspritzung auf der Grundlage der ersten Betriebsart nicht mehr ausführbar ist, beibehalten werden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung und/oder Beibehaltung der Betriebsgrößen für die Einspritzung und für die Entzündung in Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird.

9. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät 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 8 geeignet ist.

10. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil (10), mit dem der für eine Verbrennung einzuspritzende Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt in einen Brennraum (4) eines Zylinders (3) einspritzbar ist, mit einer Zündkerze (11), mit der in beiden Betriebsarten der eingespritzte Kraftstoff entzündbar ist, und mit einem Steuergerät (12) zur Steuerung und/oder Regelung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) in den beiden Betriebsarten, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) in der zweiten Betriebsart die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Betriebsgrößen für die Entzündung für den jeweiligen Zylinder (3) ermittelbar sind, insbesondere in Abhängigkeit voneinander ermittelbar sind, und beibehalten werden.