DE19909658A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung vorgeschlagen, welche über wenigstens zwei Zylinderbänke bzw. Zyindergruppen verfügt. Die Brennkraftmaschine wird auf der Basis von wenigstens einem Vorgabewert gesteuert, wobei in wenigstens einem Betriebszustand der Vorgabewert für eine Zylinderbank bzw. Zylindergruppe sich von dem Vorgabewert für wenigstens eine zweite Zylinderbank bzw. Zylindergruppe unterscheidet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirektein­ spritzung.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung ist in der DE 43 32 171 A1 (US-Patent 5 483 934) beschrieben. Bei dem dort dargestellten Steuersystem wird der gesamte Betriebsbe­ reich der Brennkraftmaschine nach Drehzahl und Last in ver­ schiedene Bereiche aufgeteilt und je nach aktuellem Be­ triebsbereich der Kraftstoff entweder während des Ansaugtak­ tes oder während des Kompressionstaktes eingespritzt. Bei einer Einspritzung während des Ansaugtaktes ergibt sich auf­ grund der zur Verfügung stehenden Zeit, bis zur Zündung sowie aufgrund der Verwirbelung des eingespritzten Kraftstoffes durch den Ansaugluftstrom eine weitestgehend homogene Kraft­ stoffverteilung (Homogenbetrieb), während im Falle der Ein­ spritzung im Kompressionstakt eine Schichtladung entsteht (Schichtbetrieb). Im Homogenbetrieb wird die Brennkraftma­ schine gedrosselt betrieben, d. h. die Luftzufuhr durch eine Drosselklappe begrenzt, im Schichtladungsbetrieb nahezu un­ gedrosselt betrieben, d. h. die Luftzufuhr durch die Drossel­ klappe nahezu nicht begrenzt. Zwischen diesen Betriebsarten wird abhängig von den genannten Betriebsgrößen und/oder von anderen vorbestimmten Kriterien, z. B. hinsichtlich der Lei­ stungsanforderungen durch den Fahrer, umgeschaltet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Brennkraft­ maschine mit Benzindirekteinspritzung weiter zu optimieren.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi­ gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Beim eingangs genannten Stand der Technik wird zwischen den einzelnen Betriebsarten der Brennkraftmaschine immer für die gesamte Brennkraftmaschine umgeschaltet. Ferner tragen alle Zylinder gleichmäßig zum Drehmoment der Brennkraftmaschine bei. Damit werden Flexibilität und Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Steuerung verschenkt.

Durch einen asymmetrischen Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, insbesondere wenn die Brenn­ kraftmaschine wenigstens zwei voneinander unabhängig steuer­ bare Zylinderbänke aufweist, wird eine weitere Optimierung des Antriebs eines Kraftfahrzeugs erreicht.

Von besonderem Vorteil ist, daß in Betriebszuständen, in de­ nen durch den verbrauchsarmen Schichtladungsbetrieb nicht mehr die vom Fahrer gewünschte Leistung bereitgestellt wer­ den kann, lediglich ein Teil der Brennkraftmaschine, bei­ spielsweise eine Zylinderbank, im vergleichsweise verbrauch­ sintensiven Homogenbetrieb betrieben wird. Die andere Zylin­ derbank wird weiterhin mit der verbrauchsarmen Schichtla­ dungsbetriebsart betrieben. Damit kann einerseits die erhöh­ te Leistungsanforderung des Fahrers bereitgestellt werden, andererseits der Verbrauch minimiert werden. Dieser Vorteil wird auch schon dadurch erreicht, daß der Beitrag einzelner Zylinderbänke oder -gruppen zum Gesamtmoment unterschiedlich vorgegeben wird.

Ein weiterer Vorteil, der einen solchen asymmetrischen Be­ trieb der Brennkraftmaschine erreicht wird, ist eine Verbes­ serung der Geräuschemission bzw. allgemein des Komforts der Brennkraftmaschine. Besonders vorteilhaft in diesem Zusam­ menhang, daß bei Ausräumen eines Speicherkatalysators im Leerlauf oder im Teillastbereich nicht alle Bänke gleichzei­ tig umgeschaltet werden. Durch abwechselndes Umschalten wird die Geräuschemission optimiert.

Von besonderer Bedeutung ist ferner, daß durch den asymme­ trischen Betrieb der Brennkraftmaschine mit Benzindirektein­ spritzung mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Abgas­ konzepte zur Verfügung stehen. Beispielsweise wird die Lei­ stungsanforderung des Fahrers derart umgesetzt, daß ein Teil der Brennkraftmaschine in einer abgasoptimalen Betriebsart und in einem abgasoptimalen Arbeitspunkt betrieben wird, während die eigentliche Leistungsanforderung des Fahrers durch Steuerung des Arbeitspunktes sowie gegebenenfalls der Betriebsart eines anderen Teils der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.

Von besonderem Vorteil ist die Anwendung des asymmetrischen Betriebs bei einer Brennkraftmaschine mit Benzindirektein­ spritzung, die wenigstens zwei Zylinderbänke mit wenigstens zwei voneinander unabhängig steuerbaren Drosselklappen auf­ weist. In vorteilhafter Weise läßt sich dieser Gedanke je­ doch auch bei Brennkraftmaschinen mit nur einer Drosselklap­ pe anwenden, wobei die Luftfüllung derart eingestellt wird, daß ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine homogen, der andere in einer Schichtbetriebsart betrieben wird. Letz­ teres führt zu einer insgesamt erhöhten Luftfüllung, so daß die Drosselverluste gegenüber einem Homogenbetrieb der ge­ samten Brennkraftmaschine reduziert sind.

Neben der Umschaltung zwischen den Betriebsarten mit Schichtladung und mit homogener Kraftstoffgemischbildung wird das Prinzip des asymmetrischen Betriebs der Brennkraft­ maschine auch zwischen Betriebsarten wie homogen- stöchiometrisch, homogen-mager oder Mischbetriebsarten wie einer Betriebsart mit Doppeleinspritzung, bei der sowohl ho­ mogenes als auch geschichtetes Kraftstoffgemisch entsteht, angewendet. Auch hier werden die durch den asymmetrischen Betrieb erreichten Vorteile wie oben dargestellt erreicht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinsprit­ zung. In Fig. 2 ist anhand eines Ausführungsbeispieles ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches das Prinzip des asymme­ trischen Betriebs einer solchen Brennkraftmaschine dar­ stellt. In Fig. 3 schließlich ist ein weiteres Ausführungs­ beispiel gezeigt, welches eine bevorzugte Ausführungsform als Flußdiagramm skizziert.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Benzindirektein­ spritzung. Es ist ein Steuergerät 10 vorgesehen, welches als Komponenten eine Eingangsschaltung 14 wenigstens einen Mi­ krocomputer 16 und eine Ausgangsschaltung 18 aufweist. Ein Kommunikationssystem 20 verbindet diese Komponenten zum ge­ genseitigen Datenaustausch. Der Eingangsschaltung 14 des Steuergeräts 10 werden Eingangsleitungen 22 bis 26 zuge­ führt, welche in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Bussystem ausgeführt sind und über die dem Steuergerät 10 Signale zuführen, welche zur Steuerung der Brennkraftmaschi­ ne auszuwertenden Betriebsgrößen repräsentieren. Diese Si­ gnale werden von Meßeinrichtungen 28 bis 32 erfaßt. Derarti­ ge Betriebsgrößen sind Fahrpedalstellung, Motordrehzahl, Mo­ torlast (z. B. Luftmasse), Abgaszusammensetzung, Motortempe­ ratur, etc. Über die Ausgangsschaltung 18 steuert das Steu­ ergerät 10 die Leistung der Brennkraftmaschine mit Benzindi­ rekteinspritzung. Dies ist in Fig. 1 anhand der Ausgangs­ leitungen 34, 36 und 38 symbolisiert, welche wenigstens die einzuspritzende Kraftstoffmasse, den Zündwinkel der Brenn­ kraftmaschine sowie wenigstens eine elektrisch betätigbare Drosselklappe zur Einstellung der Luftzufuhr zur Brennkraft­ maschine betätigen. Die in Fig. 1 gewählte Darstellung be­ deutet dabei, daß über die symbolische Ausgangsleitung 34 die Einspritzventile einer bestimmten Anzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine betätigt werden, d. h. die einzusprit­ zende Kraftstoffmasse diesen Zylindern zugeführt wird, über die Ausgangsleitung 36 der Zündfunke in diesen Zylindern zum vorbestimmten Zeitpunkt ausgelöst wird und eine elektrisch betätigbare Drosselklappe gesteuert wird, die die Luftzufüh­ rung zu diesen Zylindern beeinflußt.

Bei Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei Zylinderbänken oder -gruppen, bei denen jeder Zylinderbank über eine elek­ trisch steuerbare Drosselklappe die Luft zugeführt wird, sind im wesentlichen zwei Ausführungen vorgesehen, die in Fig. 1 strichliert dargestellt sind. Zum einen wird die zweite Zylinderbank, dort zumindest die einzuspritzende Kraftstoffmasse, der Zündwinkel und die Luftzufuhr, analog zur ersten Zylinderbank über die Ausgangsschaltung 18 sowie Ausgangsleitungen 34a, 36a und 38a, die den Ausgangsleitun­ gen 34, 36 und 38 entsprechen, durch das Steuergerät 10 ge­ steuert. Das heißt ein Steuergerät steuert wenigstens zwei Zylinderbänke. In einem anderen Ausführungsbeispiele ist an­ stelle der Leitungen 34a bis 38a ein zweites Steuergerät 10b vorgesehen, welches analog zum Steuergerät 10 aufgebaut ist und welches über die Ausgangsleitungen 34b, 36b und 38b Kraftstoffmasse, Zündwinkel und Luftzufuhr wenigstens einer weiteren Zylinderbank einstellt. Die beiden Steuergeräte 10 und 10b stehen über ein sie verbindendes Kommunikationssy­ stem 40 zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander in Ver­ bindung. Über dieses Kommunikationssystem wird zumindest ei­ ner der Steuereinheiten je nach Ausführungsbeispiel einzelne oder alle von der anderen erfaßten Betriebsgrößensignalen oder aus diesen hergeleiteten Betriebsgrößen zur weiteren Auswertung übermittelt. In einem anderen Ausführungsbeispiel werden Eingangsleitungen 22b bis 26b neben dem Steuergerät 10 auch dem Steuergerät 10b zugeführt, so daß dort alterna­ tiv zur Übertragung über das Kommunikationssystem oder zu­ sätzlich die Betriebsgrößensignal direkt vorliegen.

Die grundsätzliche Vorgehensweise für die im Mikrocomputer 16 des Steuergeräts 10 ablaufende Steuerung der Brennkraft­ maschine ist anhand des Ablaufdiagramms nach Fig. 2 skiz­ ziert. Als wesentliche Betriebsgrößen werden dem Mikrocompu­ ter 16 die Fahrpedalstellung β sowie Betriebsgrößen wie Mo­ tordrehzahl NMOT, Luftmasse MHFM und Sollmomente von anderen Steuersystemen, beispielsweise von einer Antriebschlupfrege­ lung und/oder einer Getriebesteuerung, zugeführt. Im Fahrer­ wunschbilder 100 wird aus dem zugeführten Fahrpedalstel­ lungssignal β zumindest unter Berücksichtigung der Mo­ tordrehzahl, gegebenenfalls einer Korrekturgröße einer Leer­ laufdrehzahlregelung, etc., ein Fahrerwunschmoment MIFA der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels eines Kennfeldes und nachfolgen­ der Berechnungsschritte. Ferner werden dem Mikrocomputer 10 Sollmomente anderer Steuersysteme, z. B. ein Sollmoment einer Antriebschlupfregelung MIASR, einer Getriebesteuerung MIGS, etc. zugeführt. Diese Sollmomente und das Fahrerwunschmoment werden einer Auswahlstufe 102 zugeführt, in der aus den zu­ geführten Sollmomenten ein resultierendes Sollmoment MISOLL zur Steuerung der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Im be­ vorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Auswahl durch Mi­ nimal- bzw. Maximalauswahl. Das auf diese Weise ermittelte resultierende Sollmoment MISOLL wird einem weiteren Koordi­ nator 104 zugeführt, in welchem die nachfolgend anhand des Flußdiagramms nach Fig. 3 beschriebene Vorgaben für einen asymmetrischen Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt wer­ den. Der Koordinator 104 setzt das Gesamtsollmoment MISOLL in Einzelsollmomente MISOLL1 bis MISOLLN für die einzelnen Zylinderbänke bzw. für einzelne Zylindergruppen und/oder in Wunschbetriebsarten BASOLL1 bis BASOLLN der einzelnen Zylin­ derbänke bzw. Zylindergruppen um. Die Aufteilung des Sollmo­ ments sowie die Vorgabe von Wunschbetriebsarten durch den Koordinator 104 erfolgt nach vorgegebenen Strategien.

Im Normalbetrieb bei kleineren und mittleren Lasten werden alle Zylinderbänke bzw. alle Zylindergruppen aus Verbrauchs­ gründen im Schichtladungsbetrieb betrieben. Im Normalfall werden die Sollmomente gleichmäßig auf die einzelnen Bänke aufgeteilt. Wird aus dem Sollmoment MISOLL eine erhöhte Lei­ stungsanforderung an den Motor erkannt, die nicht nur durch einen Schichtladungsbetrieb aller Zylinderbänke bereitge­ stellt werden kann, das Sollmoment für eine der Zylinderbän­ ke bzw. der Zylindergruppen erhöht, woraufhin diese gegebe­ nenfalls die Betriebsart wechselt und/oder deren Wunschbe­ triebsart auf Homogenbetrieb eingestellt. Dadurch wird im Vergleich zu einer vollständigen Umschaltung eine Verbrauch­ soptimierung erreicht, da die anderen Zylinderbänken bzw. Zylindergruppen immer noch im verbrauchsoptimalen, mageren Schichtladungsbetrieb betrieben werden. Entsprechendes gilt für die anderen Betriebsarten, beispielsweise einen Magerbe­ trieb mit homogener Gemischbildung oder gemischten Betriebs­ arten mit Doppeleinspritzung, bei welchem sowohl homogene als auch geschichtete Kraftstoffgemischbildung erfolgt. Auch hier wird bei Vorliegen einer erhöhten Leistungsanforderung einzelne Zylinderbänke bzw. -gruppen soweit wie möglich im verbrauchsoptimaleren Betrieb betrieben und eine andere Bank bzw. Gruppe zur Bereitstellung des Moments in eine lei­ stungsoptimierte Betriebsart umgeschaltet.

Eine andere Strategie, die im Koordinator 104 in einem Aus­ führungsbeispiel implementiert ist, ist eine Komfortoptimie­ rung, nach der die Umschaltung einzelner Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen von der einen in die andere Betriebsart nie gleichzeitig, sondern zeitlich nacheinander vorgegeben wird. Dadurch wird die mit der Umschaltung verbundene Geräusche­ mission reduziert.

Insbesondere bei Speicherkatalysatoren muß zum Ausräumen des Katalysators von Zeit zu Zeit vom Schichtladungsbetrieb in den Betrieb mit homogener Gemischbildung umgeschaltet wer­ den. Auch in diesem Zusammenhang läßt sich die dargestellte Vorgehensweise des asymmetrischen Betriebs der Brennkraftma­ schine erfolgreich einsetzen, da zumindest im Leerlauf und Teillastbereich beide Bänke nicht gleichzeitig umgeschaltet werden müssen, um den Katalysator auszuräumen, sondern nach­ einander umgeschaltet werden können bzw. bei nur einem Kata­ lysator für alle Bänke bzw. Zylindergruppen lediglich die abwechselnde Umschaltung einer Zylinderbank bzw. Zylinder­ gruppe ausreicht. Dadurch wird eine erhebliche Komfortver­ besserung, insbesondere eine Verringerung der Geräuschemis­ sion erreicht werden.

In besonders vorteilhafter Weise kann neben einer ver­ brauchs- und einer komfortoptimalen Strategie auch eine ab­ gasoptimale Strategie (z. B. im Bereich kleiner Leistungsan­ forderungen) eingesetzt werden. Dabei erfolgt die Aufteilung der Drehmomente und/oder die Vorgabe der Wunschbetriebsart derart, daß eine möglichst geringe Abgasbelastung auftritt. Es wird also z. B. versucht, das Gesamtsollmoment solange mittels Magerbetrieb im Schicht- und/oder Homogenbetrieb be­ reit zu stellen, so lange mit der jeweiligen Betriebsart dieses Moment einstellbar ist. Erst dann wird bei einer Zy­ linderbank bzw. -gruppe durch Vorgabe einer abweichenden Sollmoments und/oder einer Wunschbetriebsart ein weniger ab­ gasoptimaler Arbeitspunkt eingestellt.

Die einzelnen Sollmomente MISOLL1 bis MISOLLN sowie die ent­ sprechenden Wunschbetriebsarten werden den jeweiligen Steu­ ersignalbilder 106 bis 108 für die einzelnen Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen zugeführt, in welchem unter Berücksich­ tigung von Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, relative Luft­ füllung (abgeleitet aus der zugeführten Luftmasse), etc. das jeweilige Sollmoment unter Berücksichtigung der gewünschten Betriebsart in eine einzuspritzende Kraftstoffmasse, einen Zündwinkel und eine Drosselklappenstellung umgesetzt werden. Dabei kann es vorkommen, daß der Wunschbetriebsart nicht entsprochen werden kann, beispielsweise wenn eine Notlaufsi­ tuation vorliegt, bei nicht vorhandener Einstellbarkeit des Sollmoments, bei Sonderbetriebsfunktionen wie Start, Warm­ lauf, Katheizen, etc.

In Fig. 2 ist ein System dargestellt, in welchem für jede Zylinderbank bzw. Gruppe eine eigene Drosselklappe ansteuer­ bar ist. In diesem Fall kann die Betriebsart für jede Bank frei gewählt werden und die Momentenanforderungen so auf die Bänke verteilt werden, daß sich ein optimaler Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bzw. je nach Strategie ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt. Besitzt die Brenn­ kraftmaschine nur eine Drosselklappe, so ist diese derart einzustellen, daß sich eine Luftfüllung ergibt, die es durch entsprechende Berechnung der Kraftstoffmasse erlaubt, eine Zylinderbank homogen und eine andere Zylinderbank geschich­ tet zu betreiben. Hierdurch wird eine gegenüber dem homoge­ nen Betrieb der Brennkraftmaschine insgesamt erhöhte Luft­ füllung eingestellt, wodurch Drosselverluste reduziert wer­ den. Ein schneller Wechsel der Betriebsart der Zylinderbänke durch Steuerung der Kraftstoffmasse ist hierbei möglich.

Ein Ausführungsbeispiel des Koordinators 104 ist anhand des Flußdiagramms von Fig. 3 am Beispiel einer Brennkraftma­ schine mit zwei unabhängig steuerbaren Zylinderbänken bzw. -gruppen näher skizziert. Das Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen.

Im ersten Programmschritt 200 wird das Gesamtsollmoment MISOLL erfaßt. Im darauffolgenden Schritt 202 wird auf der Basis dieses Sollmoments überprüft, ob eine erhöhte Lei­ stungsanforderung vorliegt. In einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel ist dies dann der Fall, wenn das Sollmoment einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser Schwel­ lenwert ist derart bemessen, daß er in etwa einer Grenzlinie entspricht, oberhalb derer die Brennkraftmaschine mit homo­ gener Gemischbildung aus Leistungsgründen betrieben werden würde. Wurde im Schritt 202 eine erhöhte Leistungsanforde­ rung erkannt, wird im Schritt 204 überprüft, ob die Lei­ stungsanforderung derart hoch ist, daß alle Zylinderbänke- bzw. gruppen umzuschalten sind. Dies ist dann der Fall, wenn ein Sollmomentenwert gefordert wird, der in der Nähe des Ma­ ximalwertes liegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 206 zunächst als Wunschbetriebsart der ersten Bank bzw. Zylin­ dergruppe BASOLL1 der Homogenbetrieb ausgegeben und ein Sollmomentenwert MISOLL1 für diese Zylinderbank- bzw. gruppe ermittelt. Dieser Sollmomentenwert wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf der Basis des gesamten Sollmomenten­ werts, der in Schritt 200 eingelesen wird, gebildet. Insbe­ sondere wird ein Prozentsatz dieses Sollmomentenwerts < 50% vorgegeben. Danach wird im Schritt 208 auf der Basis einer übermittelten Marke gegebenenfalls überprüft, ob die Um­ schaltung beendet ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 210 auch für die zweite Zylinderbank bzw. Zylindergruppe als Wunschbetriebsart der Homogenbetrieb ausgegeben und das Solldrehmoment dieser Zylinderbank bzw. Gruppe auf der Basis des Gesamtsollmoments und des Sollmoments der ersten Zylin­ derbank bzw. -gruppe bestimmt. Ist die Umschaltung der er­ sten Zylinderbank gemäß Schritt 208 noch nicht beendet, wird gemäß Schritt 212 die Wunschbetriebsart der zweiten Zylin­ derbank auf Schichtladungsbetrieb festgehalten und als Soll­ momentenwert entsprechend Schritt 210 die Differenz zwischen dem Gesamtsollmomentenwert und dem Sollmomentenwert der er­ sten Bank ermittelt. Nach den Schritten 210 und 212 wird im Schritt 214 die gebildeten Sollwerte ausgegeben und wenn keine übergeordneten Vorgaben, z. B. Notlaufbetrieb, fehlende Realisierbarkeit des Sollmomentenwertes in der Wunschbe­ triebsart, etc. vorliegen, realisiert. Danach wird der Pro­ grammteil beendet und zum nächsten Zeitintervall erneut durchlaufen.

Ist gemäß Schritt 204 eine Leistungsanforderung erkannt wor­ den, die keine Umschaltung aller Bänke erfordert, wird gemäß Schritt 216 die Sollbetriebsart einer Bank auf den Homogen­ betrieb, die der anderen Bank auf den Schichtladungsbetrieb festgesetzt. Ebenso wird das Sollmoment der einen Bank, die homogen betrieben werden soll, analog zu Schritt 206 gebil­ det, während das Sollmoment der anderen Bank, die im Schichtladungsbetrieb betrieben wird, auf der Basis des Ge­ samtsollmoments und des Sollmoments der ersten Bank bestimmt wird. Danach folgt Schritt 214. Durch die im Schritt 216 be­ schriebene asymmetrische Betriebsweise der Brennkraftmaschi­ ne wird eine verbrauchsoptimale Steuerung der Brennkraftma­ schine bei erhöhter Leistungsanforderung erreicht, da ein Teil der Brennkraftmaschine weiter im verbrauchsgünstigen Schichtladungsbetrieb betrieben wird. Ebenso wird eine Kom­ fortverbesserung erreicht, da die Bänke bzw. Gruppen nach­ einander, nicht gleichzeitig umgeschaltet werden. Die ge­ nannten Strategien, zu denen noch die nachfolgende Umschal­ tung zum Katalysatorausräumen und eine abgasoptimale Steue­ rung kommt, werden je nach Ausführung alle zusammen oder in einer beliebigen Kombination, auch einzeln angewendet.

Liegt gemäß Schritt 202 keine erhöhte Leistungsanforderung vor, wird im Schritt 226 überprüft, ob die Bedingungen zum Ausräumen eines Speicherkatalysators vorliegen. Sind die Be­ dingungen zum Ausräumen erfüllt, wird gemäß Schritt 228 für eine Zylinderbank als Wunschbetriebsart der Homogenbetrieb ausgegeben und ein entsprechendes Sollmoment (z. B. Mindest­ sollmoment für diese Betriebsart) bestimmt. Im darauffolgen­ den Schritt 230 wird als Wunschbetriebsart der anderen Bank weiterhin der Schichtladungsbetrieb ausgegeben und das Soll­ moment auf der Basis des Gesamtsollmoments und des Sollmo­ ments der ersten Bank bestimmt. Danach folgt Schritt 214. Durch diese Maßnahme wird ein Ausräumen des Speicherkataly­ sators erreicht, ohne daß die gesamte Brennkraftmaschine in den Homogenbetrieb umzuschalten ist. Somit werden neben Ver­ brauchs- auch Geräusch- und somit Komfortverbesserungen er­ reicht.

Liegen die Bedingungen für das Ausräumen des Katalysators nicht vor, wird gemäß Schritt 218 die Sollbetriebsart der ersten Bank auf Schichtladungsbetrieb gesetzt und ein ent­ sprechendes aus dem Sollmomentenwert ermitteltes Sollmoment vorgegeben. Dieses entspricht in einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel 50% des im Schritt 200 eingelesenen Ge­ samtsollmomentenwerts. Im darauffolgenden Schritt 220 wird überprüft, ob gegebenenfalls die Umschaltung vom Schicht- in den Homogenbetrieb beendet ist. Ist dies der Fall, wird ge­ mäß Schritt 222 auch die zweite Zylinderbank auf die Wunsch­ betriebsart Schichtladung gesetzt und der entsprechende Sollwert auf der Basis des gesamten Sollmomentenwerts und des Sollmomentenwerts der ersten Bank gebildet. Ist die Um­ schaltung gemäß Schritt 220 nicht beendet, d. h. befindet sich das System im Instationärbetrieb, wird die zweite Bank gemäß Schritt 224 wie bisher gesteuert und der Sollmomenten­ wert analog zu Schritt 222 gebildet. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß beide Bänke gleichzeitig umschalten und auf diese Weise Komforteinbußen vorliegen. Danach folgt Schritt 214.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, bei asymmetrischem Betrieb der Brennkraftmaschine, d. h. bei Be­ trieb der Brennkraftmaschine mit zwei unterschiedlichen Be­ triebsarten bzw. mit zwei unterschiedlichen Sollmomentenwer­ ten, den jeweiligen Betriebszustand der Zylinderbänke der Brennkraftmaschine wechselweise zu ändern, d. h. in einem vorbestimmten Zeitraster beispielsweise bei Betrieb der ei­ nen Zylinderbank im Homogen- und der anderen im Schichtbe­ trieb die Bänke derart umzuschalten, daß die erste Bank im Schicht- und die zweite Bank im Homogenbetrieb betrieben wird (toggeln).

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Zylinderbänke vorgesehen, welche über zwei voneinander unabhängig steuer­ baren elektrisch betätigbaren Drosselklappen verfügen. Neben einer solchen Lösung ist die erfindungsgemäße Lösung auch auf Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylinderbänken und meh­ reren (entsprechend der Anzahl der Zylinderbänke) unabhängig voneinander steuerbaren Drosselklappen, insbesondere auch bei Motoren mit Einzeldrosselklappen für jeden Zylinder an­ zuwenden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel werden zumindest in be­ stimmten Betriebssituationen, z. B. bei hohen Momenten- und Leistungsanforderungen, die Zylinderbänke gleichzeitig umge­ schaltet. Dadurch wird eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens erreicht. Bezogen auf das Programm in Fig. 3 be­ deutet dies, daß die Schritte 208 und 212 und ggf. die Schritte 220 und 224 zumindest im genannten Betriebszustand entfallen und die Schritte 206 und 210 bzw. die Schritte 218 und 222 zusammengefaßt.

Im allgemeinen ist eine Zylinderbank bzw. -gruppe dann umge­ schaltet, wenn der erste Zylinder in der neuen Betriebsart betrieben wird. Unter gleichzeitig wird also vorstehend ver­ standen, daß die Umschaltung an einer Bank bzw. Gruppe in­ nerhalb einer Zeitspanne eingeleitet wird, die zwischen dem Umschaltsignal und der erfolgten Einspritzung im ersten Zy­ linder in der neuen Betriebsart an der Bank bzw. Gruppe liegt, bei der zuvor die Betriebsart gewechselt wurde. Ent­ sprechend bedeutet nacheinander das Einleiten der Umschal­ tung an einer Bank außerhalb dieser, von der zuerst umge­ schalteten Bank bzw. Gruppe vorgegebenen Zeitspanne.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine entsprechen­ de Vorgehensweise bei einer Brennkraftmaschine mit nur einer steuerbaren Drosselklappe angewendet, wobei eine Zylinder­ gruppe homogen und die andere geschichtet betrieben wird. In diesem Fall wird die Luftfüllung durch die Drosselklappe er­ höht, so daß ein größerer Anteil des Sollmomentenwerts durch homogene Steuerung der einen Zylindergruppe mit stöchiome­ trischer oder magerer Gemischzusammensetzung erfolgt, wäh­ rend ein kleinerer Anteil des Sollmoments durch Schichtla­ dungsbetrieb der anderen Zylindergruppe vorgenommen wird.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Ben­ zindirekteinspritzung, welche wenigstens zwei Zylinderbanken bzw. Zylindergruppe aufweist, welche in Abhängigkeit wenig­ stens eines Vorgabewertes gesteuert werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in wenigstens einem Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine die eine Zylinderbank bzw. die eine Zylinder­ gruppe abhängig von einem Vorgabewert gesteuert wird, der sich von dem entsprechenden Vorgabewert der wenigstens einen anderen Zylinderbank bzw. Gruppe unterscheidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgabewert ein Sollmomentenwert oder eine Wunschbe­ triebsart ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Gesamtsollmomentenwert vorge­ geben wird, die eine Zylindergruppe bzw. Zylinderbank mit einem ersten Anteil dieses Gesamtsollmoments gesteuert wird, eine andere Zylinderbank bzw. -gruppe mit einem zweiten An­ teil des Sollmoments gesteuert wird, wobei die beiden Antei­ le des Sollmoments das Gesamtsollmoment ergeben.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit wenig­ stens zwei unterschiedlichen Betriebsarten betrieben wird, wobei in dem wenigstens einen vorgegebenen Betriebszustand die eine Zylinderbank bzw. Zylindergruppe in einer ersten, die wenigstens eine andere Zylinderbank bzw. Zylindergruppe in einer zweiten Betriebsart betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Betriebszu­ stand der Betriebszustand erhöhter Leistungsanforderung und/oder der Betriebszustand ist, während dem ein Speicher­ katalysator ausgeräumt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung der Betriebsarten der einzelnen Zylinderbänke- bzw. gruppen nacheinander er­ folgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß abhängig vom Betriebszustand eine Wunschbetriebsart vorgegeben wird, die dann durch Steuerung der einzelnen Zylinderbänke bzw. -gruppen realisiert wird, wenn diese Realisierung nicht anderen Vorgaben widerspricht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß für jede Zylinderbank bzw. Zylin­ dergruppe eine elektrisch betätigbare Drosselklappe vorgese­ hen ist, durch deren Steuerung die Betriebsartenumschaltung vorgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß nur eine elektrisch steuerbare Drosselklappe für alle Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen vorgesehen ist, wobei diese im asymmetrischen Betrieb mit unterschiedlichen Betriebsarten im Sinne einer gegenüber dem gedrosselten Betrieb erhöhten Luftfüllung gesteuert wird, so daß ein Teil der Zylinder in der ersten Betriebsart ein an­ derer Teil in der zweiten, entdrosselten Betriebsart betrie­ ben werden kann.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Betriebsarten der einzelnen Zylinderbänke- bzw. gruppen gleichzeitig er­ folgt, zumindest in einem Betriebszustand mit hoher Lei­ stungs- oder Momentenanforderung.

11. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, mit wenigstens einem Steuergerät, welches auf der Basis wenigstens eines Vorgabewerts die Brennkraftmaschine steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät Mittel enthält, welche in wenigstens einem vor­ gegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine erste Zylinderbank bzw. Zylindergruppe der Brennkraftmaschine mit einem ersten Vorgabewert, wenigstens eine weitere Zylinder­ bank bzw. -gruppe der Brennkraftmaschine mit einem zweiten Vorgabewert steuert, wobei sich die beiden Vorgabewerte un­ terscheiden.