DE19908726C2 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff während einer Verdichtungsphase in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Einspritzung einen Einspritzbeginnwinkel aufweist. Ebenfalls betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brennraum, in den Kraftstoff während einer Verdichtungsphase einspritzbar ist, wobei die Einspritzung einen Einspritzbeginnwinkel aufweist, und mit einem Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Brennkraftmaschine sind beispielsweise aus der DE 198 19 197 A1 bekannt.

Bei einer derartigen Benzin-Direkteinspritzung wird Kraftstoff in einem Homogenbetrieb während der Ansaugphase oder in einem Schichtbetrieb während der Verdichtungsphase in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Homogenbetrieb ist vorzugsweise für den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen, während der Schichtbetrieb für den Leerlauf- und Teillastbetrieb geeignet ist.

Beispielsweise in Abhängigkeit von dem angeforderten Drehmoment wird bei einer derartigen direkteinspritzenden Brennkraftmaschine zwischen den genannten Betriebsarten umgeschaltet.

Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff üblicherweise bei einem Einspritzbeginnwinkel von z. B. 70 Grad vor dem oberen Totpunkt in den Brennraum eingespritzt. Für eine weitere Verminderung des Kraftstoffverbrauchs wird dabei eine möglichst frühe Einspritzung angestrebt. Aufgrund von motortechnischen Randbedingungen kann die Einspritzung jedoch nicht beliebig früh erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem eine möglichst große Kraftstoffeinsparung erreichbar ist, ohne dass hierdurch sonstige motortechnische Randbedingungen verletzt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnednen Teils des Anspruchs 1 gelöst. Bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Frühverstellung des Einspritzbeginnwinkels zu einer Verminderung der Laufruhe der Brennkraftmaschine führt. Diese Verschlechterung der Laufruhe stellt eine der motortechnischen Randbedingungen dar, die eine beliebige Frühverstellung und damit eine weitergehende Kraftstoffeinsparung verhindern. Die Erfindung berücksichtigt diese Randbedingung dadurch, dass der Einspritzbeginnwinkel und damit die Frühverstellung der Einspritzung in Abhängigkeit von der Laufruhe vorgenommen wird. Damit wird erreicht, dass einerseits die Laufruhe nicht beliebig zum Zwecke einer Kraftstoffeinsparung vermindert wird, dass aber andererseits trotzdem eine möglichst weitgehende Kraftstoffeinsparung erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird, falls ein Laufruhegrenzwert überschritten ist, der Einspritzbeginnwinkel um einen Korrekturwert nach spät verstellt. Der Laufruhegrenzwert kennzeichnet die erwünschte minimale Laufruhe bzw. maximale Laufunruhe. Wird dieser Laufruhegrenzwert erreicht, so wird der Einspritzbeginnwinkel nach spät verstellt. Damit wird die Laufruhe wieder verbessert.

Weiterhin wird erfindungsgemäß, falls eine vorgegebene Zeitdauer überschritten ist, der Korrekturwert um einen zweiten vorgegebenen Wert verringert. Dies stellt eine Frühverstellung des Einspritzbeginnwinkels dar. Damit wird erreicht, dass der Einspritzbeginnwinkel nicht nur fortwährend nach spät verstellt wird, sondern dass er nach der vorgegebenen Zeitdauer auch wieder nach früh zurückverstellt wird. Die Frühverstellung bewirkt dabei - wie eingangs erwähnt - eine Kraftstoffeinsparung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert um einen ersten vorgegebenen Wert vergrößert wird. Damit wird für die nächste Einspritzung bereits eine weitere Spätverstellung des Einspritzbeginnwinkels voreingestellt. Diese Spätverstellung bewirkt eine weitere Verbesserung der Laufruhe.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Korrekturwert auf einen Maximalwert begrenzt wird. Damit wird gewährleistet, dass die Spätverstellung nicht beliebig weit geht, sondern dass sie durch den Maximalwert begrenzt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert insbesondere zylinderspezifisch und gegebenenfalls zusätzlich betriebspunktabhängig abgespeichert wird. Daraus entsteht ein Applikationskennfeld, das von dem Steuergerät bei der Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden kann.

Ebenfalls ist es besonders vorteilhaft, wenn die Laufruhe der Brennkraftmaschine insbesondere zylinderindividuell zeitlich gemittelt wird. Damit wird die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Laufruhe im Zusammenhang mit dem Einspritzbeginnwinkel weiter verbessert.

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. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, und

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben 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.

Im Bereich des Einlaßventils 5 und des Auslaßventils 6 ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.

In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11 untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von der Winkelstellung der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 ist ein Katalysator 12 untergebracht, der der Reinigung der durch die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase dient.

Von dem Abgasrohr 8 kann eine Abgasrückführrohr 13 zurück zu dem Ansaugrohr 7 führen. In dem Abgasrückführrohr 13 ist ein Abgasrückführventil 14 untergebracht, mit dem die Menge des in das Ansaugrohr 7 rückgeführten Abgases eingestellt werden kann.

Von einem Kraftstofftank 15 kann eine Tankentlüftungs­ leitung 16 zu dem Ansaugrohr 7 führen. In der Tankentlüf­ tungsleitung 16 ist ein Tankentlüftungsventil 17 unterge­ bracht, mit dem die Menge des dem Ansaugrohr 7 zugeführ­ ten Kraftstoffdampfes aus dem Kraftstofftank 15 einstellbar ist.

Der Kolben 2 wird durch die Verbrennung des Kraftstoffs in dem Brennraum 4 in eine Hin- und Herbewegung ver­ setzt, die auf eine nicht-dargestellte Kurbelwelle übertragen wird und auf diese ein Drehmoment ausübt.

Ein Steuergerät 18 ist von Eingangssignalen 19 beauf­ schlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 18 mit einem Luftmassensensor, einem Lambda-Sensor, einem Drehzahlsensor und dergleichen verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 18 mit einem Fahrpedalsensor verbunden, der ein Signal erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit das angeforderte Drehmoment angibt. Das Steu­ ergerät 18 erzeugt Ausgangssignale 20, mit denen über Ak­ toren bzw. Steller das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 18 mit dem Einspritzventil 9, der Zündkerze 10 und der Drosselklappe 11 und dergleichen verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale.

Unter anderem ist das Steuergerät 18 dazu vorgesehen, die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise wird die von dem Ein­ spritzventil 9 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoff­ masse von dem Steuergerät 18 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu die­ sem Zweck ist das Steuergerät 18 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in ei­ nem Read-Only-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Re­ gelung durchzuführen.

In einer ersten Betriebsart, einem sogenannten Homogen­ betrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 11 in Abhängigkeit von dem erwünschten Drehmoment teil­ weise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 einge­ spritzt. Durch die gleichzeitig über die Drosselklappe 11 an­ gesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmä­ ßig verteilt. Danach wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch wäh­ rend der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 10 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben. Das entstehende Drehmoment hängt im Homogenbetrieb im wesentlichen von der Stellung der Drosselklappe 11 ab. Im Hinblick auf eine geringe Schadstoffentwicklung wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch möglichst auf Lambda gleich 1 oder Lambda kleiner 1 eingestellt.

In einer zweiten Betriebsart, einem sogenannten Schicht­ betrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 11 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzven­ til 9 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 10 sowie zeitlich in geeignetem Abstand vor dem Zündzeit­ punkt. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 10 der Kraftstoff entzündet, so daß der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraft­ stoffs angetrieben wird. Das entstehende Drehmoment hängt im Schichtbetrieb weitgehend von der eingespritzten Kraftstoffmasse ab. Im wesentlichen ist der Schichtbetrieb für den Leerlaufbetrieb und den Teillastbetrieb der Brenn­ kraftmaschine 1 vorgesehen.

Gegebenenfalls sind auch noch weitere Betriebsarten denkbar. Zwischen den beschriebenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine 1 kann hin- und her- bzw. umgeschaltet werden. Derartige Umschaltungen werden von dem Steuer­ gerät 18 durchgeführt.

In der Fig. 2 ist ein Verfahren dargestellt, das von dem Steuergerät 18 ausgeführt werden kann, und das dazu geeig­ net ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Die in der Fig. 2 dargestellten Blöcke sind in dem Steuergerät 18 durch Programme repräsentiert.

In einem Block 21 wird von einem Kennfeld ein Ein­ spritzbeginnwinkel wesb in Abhängigkeit von der an der Brennkraftmaschine 1 anliegenden Last und/oder in Abhän­ gigkeit von der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 er­ mittelt. Der Einspritzbeginnwinkel wesb ist derjenige Win­ kel vor dem oberen Totpunkt, bei dem die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 4 begonnen wird. Der Ein­ spritzbeginnwinkel wesb wird - ausgehend von dem oberen Totpunkt - rückschauend, also in Richtung vor dem oberen Totpunkt angegeben.

In vorgegebenen Zeitabständen ermittelt das Steuergerät 18 einen Laufruhewert für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine 1. Diese Laufruhewerte werden zylin­ derindividuell zeitlich gemittelt. Beispielsweise wird ein Laufruhemittelwert sm aus denjenigen Laufruhewerten be­ rechnet, die während einer vorgegebenen Zeitdauer vorhan­ den sind.

Danach wird in einem Block 22 geprüft, ob der Laufruhe­ mittelwert sm einen vorgegebenen Laufruhegrenzwert sg überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so wird der von dem Block 21 berechnete Einspritzbeginnwinkel wesb entspre­ chend dem Block 23 an die Brennkraftmaschine 1 ausgege­ ben.

Ist hingegen der Laufruhemittelwert sm größer als der Laufruhegrenzwert sg, so wird der Einspritzbeginnwinkel wesb verändert. Entsprechend dem Block 24 wird der Ein­ spritzbeginnwinkel wesb um einen Korrekturwert dwesbs­ pät nach spät verstellt. Die Spätverstellung äußert sich dabei aufgrund der rückwärtsgerichteten Angabe des Einspritzbe­ ginnwinkels wesb in einer Subtraktion des Korrekturwerts dwesbspät. Der korrigierte Einspritzbeginnwinkel wesb wird dann über den Block 23 an die Brennkraftmaschine 1 ausgegeben.

Durch die Spätverstellung des Einspritzbeginnwinkels wesb wird eine Verbesserung der Laufruhe erreicht. Die Brennkraftmaschine 1 wird also derart beeinflußt, daß der Laufruhemittelwert sm möglichst wieder kleiner wird als der Laufruhegrenzwert sg. Die Brennkraftmaschine 1 wird also zylinderindividuell auf eine durch den Laufruhegrenz­ wert sg vorgegebene minimale Laufruhe bzw. maximale Laufunruhe gesteuert bzw. geregelt.

Entsprechend dem Block 25 wird der Korrekturwert dwesbspät um einen vorgegebenen ersten Wert delta 1 ver­ größert. Dies bedeutet, daß der Einspritzbeginnwinkel wesb der nächsten Einspritzung durch einen derart vergrößerten Korrekturwert dwesbspät noch weiter nach spät verstellt wird als bei der aktuellen Einspritzung. Die Laufruhe wird durch diese noch weitergehende Spätverstellung somit wei­ ter verbessert.

Der vergrößerte Korrekturwert dwesbspät wird von einer Minimalwertauswahl 26 auf einen Maximalwert dwesbmax begrenzt.

Danach wird von einem Block 27 geprüft, ob eine vorge­ bene Zeitdauer td abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so wird der vergrößerte und gegebenenfalls begrenzte Korrek­ turwert dwesbspät zylinderindividuell durch einen Block 28 abgespeichert. Bei einer Alternative ist es möglich, daß der Korrekturwert dwesbspät zusätzlich in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 ab­ gespeichert wird, so daß ein Adaptionskennfeld für den Kor­ rekturwert dwesbspät entsteht.

Ist hingegen die Zeitdauer td abgelaufen, so wird in einem Block 29 der Korrekturwert dwesbspät um einen zweiten vorgegebenen Wert delta 2 verringert. Dies bedeutet, daß der Einspritzbeginnwinkel wesb der nächsten Einspritzung durch einen derart verminderten Korrekturwert dwesbspät wieder nach früh zurückverstellt wird.

Durch diese Frühverstellung wird erreicht, daß der Kraft­ stoffverbrauch vermindert wird. Die Brennkraftmaschine 1 wird also derart beeinflußt, daß der Kraftstoffverbrauch und damit auch der Schadstoffausstoß möglichst gering sind. Auch dies erfolgt dabei zylinderindividuell.

Insgesamt wird die Brennkraftmaschine 1 einerseits über den Block 25 immer derart beeinflußt, daß eine erwünschte Laufruhe vorhanden ist. Andererseits wird die Brennkraft­ maschine 1 über den Block 29 immer derart beeinflußt, daß der Kraftstoffverbrauch möglichst gering ist. Die genannten Beeinflusssungen werden über den Einspritzbeginnwinkel wesb durchgeführt, wobei der Einspritzbeginnwinkel wesb von dem Kennfeld des Blocks 21 vorgegeben und dann über den Korrektwert dwesbspät verändert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff während einer Verdichtungsphase in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, wobei die Einspritzung einen Einspritzbeginnwinkel (wesb) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzbeginnwinkel (wesb) in Abhängigkeit von einer Laufruhe der Brennkraftmaschine (1) verändert wird, dass, falls ein Laufruhegrenzwert (sg) überschritten ist (22), der Einspritzbeginnwinkel (wesb) um einen Korrekturwert (dwesbspät) nach spät verstellt wird (24), und dass, falls eine vorgegebene Zeitdauer (td) überschritten ist (27), der Korrekturwert (dwesbspät) um einen zweiten vorgegebenen Wert (delta 2) verringert wird (29).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (dwesbspät) um einen ersten vorgegebenen Wert (delta 1) vergrößert wird (25).

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (dwesbspät) auf einen Maximalwert (dwesbmax) begrenzt wird (26).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (dwesbspät) abgespeichert wird (28).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (dwesbspät) zylinderindividuell abgespeichert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzbeginnwinkel (wesb) in Abhängigkeit von der an der Brennkraftmaschine (1) anliegenden Last und/oder der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1) gesteuert und/oder geregelt wird (21).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufruhe der Brennkraftmaschine (1) zeitlich gemittelt wird.

8. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brennraum (4), in den Kraftstoff während einer Verdichtungsphase einspritzbar ist, wobei die Einspritzung einen Einspritzbeginnwinkel (wesb) aufweist, und mit einem Steuergerät (18) zur Steuerung und/oder Regelung, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät (18) der Einspritzbeginnwinkel (wesb) in Abhängigkeit von einer Laufruhe der Brennkraftmaschine (1) veränderbar ist, dass durch das Steuergerät (18), falls ein Laufruhegrenzwert (sg) überschritten ist, der Einspritzbeginnwinkel (wesb) um einen Korrekutrwert (dwesbspät) nach spät verstellbar ist, und dass durch das Steuergerät (18), falls eine vorgegebene Zeitdauer (fd) überschritten ist, der Korrekturwert (dwesbspät) um einen zweiten vorgegebenne Wert (delta 2) verringert wird.