DE19954463A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Brennkraftmaschine (1) ist mit einem Brennraum (4) versehen, in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist. Die Brennkraftmaschine (1) ist mit einem Steuergerät (18) zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten versehen. Ebenfalls ist die Brennkraftmaschine (1) mit einem Temperatursensor (22) versehen. Bei kalter Brennkraftmaschine (1) ist die Einspritzung in der ersten Betriebsart durch das Steuergerät (18) temperaturabhängig steuer- und/oder regelbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase in einen Brennraum eingespritzt wird, und bei dem zwischen den Betriebsarten umgeschaltet wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Brennkraftmaschine sowie ein Steuergerät für eine derartige Brennkraftmaschine.

Ein derartiges Verfahren, eine derartige Brennkraftmaschine und ein derartiges Steuergerät sind beispielsweise von einer sogenannten Benzin-Direkteinspritzung bekannt. Dort 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.

Bei kalter Brennkraftmaschine kann insbesondere der Schichtbetrieb nicht ohne weiteres durchgeführt werden.

Dort treten bei kalter Brennkraftmaschine erhöhte Schadstoffemissionen sowie eine erhöhte Laufunruhe auf.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem auch bei kalter Brennkraftmaschine der Schichtbetrieb eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei kalter Brennkraftmaschine die Einspritzung in der ersten Betriebsart temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt wird. Bei einer Brennkraftmaschine und einem Steuergerät der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend gelöst.

Durch diese temperaturabhängige Steuerung und/oder Regelung kann insbesondere nach dem Starten der kalten Brennkraftmaschine ein verbessertes Warmlaufen derselben erreicht werden. Insbesondere die Laufruhe und das Abgasverhalten können durch die Temperaturabhängigkeit verbessert werden. Ebenfalls kann die Warmlaufphase verkürzt werden, so daß in einem früheren Zeitpunkt in den üblichen Betrieb der Brennkraftmaschine übergegangen werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei kalter Brennkraftmaschine die Umschaltung in die erste Betriebsart temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt. Dies bedeutet, daß nicht nur der Schichtbetrieb als solcher, sondern auch die Umschaltung dorthin temperaturabhängig durchgeführt wird. Dabei kann dies den Umschaltzeitpunkt, wie auch den Übergang während des Umschaltens betreffen.

Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung wird der Einspritzzeitpunkt und/oder der Zündzeitpunkt temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt und/oder es wird ein Winkel einer Drosselklappe und/oder eine Abgasrückführrate über ein Abgasrückführventil temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt.

Bei weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung wird die Motortemperatur und/oder die Ansauglufttemperatur und/oder die Abgastemperatur gemessen.

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 oder ein Flash-Memory.

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

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

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

In der Figur 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 führt eine Abgasrückführrohr 13 zurück zu dem Ansaugrohr 7. In dem Abgasrückführrohr 13 ist ein Abgasrückführventil 14 untergebracht, mit dem die Menge des in das Ansaugrohr 7 rückgeführten Abgases eingestellt werden kann. Das Abgasrückführrohr 13 und das Abgasrückführventil 14 bilden eine sogenannte Abgasrückführung.

Von einem Kraftstofftank 15 führt eine Tankentlüftungsleitung 16 zu dem Ansaugrohr 7. In der Tankentlüftungsleitung 16 ist ein Tankentlüftungsventil 17 untergebracht, mit dem die Menge des dem Ansaugrohr 7 zugeführten Kraftstoffdampfes aus dem Kraftstofftank 15 einstellbar ist. Die Tankentlüftungsleitung 16 und das Tankentlüftungsventil 17 bilden eine sogenannte Tankentlüftung.

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

Ein Steuergerät 18 ist von Eingangssignalen 19 beaufschlagt, 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 Steuergerät 18 erzeugt Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw. Stellern 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 Einspritzventil 9 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse von dem Steuergerät 18 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 18 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Flash-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.

Die Brennkraftmaschine 1 der Fig. 1 kann in einer Mehrzahl von Betriebsarten betrieben werden. So ist es möglich, die Brennkraftmaschine 1 in einem Homogenbetrieb, einem Schichtbetrieb, einem homogenen Magerbetrieb, einem mageren Schichtbetrieb und dergleichen zu betreiben.

Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase von dem Einspritzventil 9 direkt in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Der Kraftstoff wird dadurch bis zur Zündung noch weitgehend verwirbelt, so daß im Brennraum 4 ein im wesentlichen homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht. Das zu erzeugende Moment wird dabei im wesentlichen über die Stellung der Drosselklappe 11 von dem Steuergerät 18 eingestellt. Im Homogenbetrieb werden die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 derart gesteuert und/oder geregelt, daß Lambda gleich Eins ist. Der Homogenbetrieb wird insbesondere bei Vollast angewendet.

Der homogene Magerbetrieb entspricht weitgehend dem Homogenbetrieb, es wird jedoch das Lambda auf einen Wert kleiner Eins eingestellt.

Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase von dem Einspritzventil 9 direkt in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Damit ist bei der Zündung durch die Zündkerze 10 kein homogenes Gemisch im Brennraum 4 vorhanden, sondern eine Kraftstoffschichtung. Die Drosselklappe 11 kann, abgesehen von Anforderungen z. B. der Abgasrückführung und/oder der Tankentlüftung, vollständig geöffnet und die Brennkraftmaschine 1 damit entdrosselt betrieben werden. Das zu erzeugende Moment wird im Schichtbetrieb weitgehend über die Kraftstoffmasse eingestellt. Mit dem Schichtbetrieb kann die Brennkraftmaschine 1 insbesondere im Leerlauf und bei Teillast betrieben werden.

Zwischen den genannten Betriebsarten der Brennkraftmaschine 1 kann hin- und her- bzw. umgeschaltet werden. Derartige Umschaltungen werden von dem Steuergerät 18 durchgeführt.

Ebenfalls sind Mehrfacheinspritzungen möglich. Dabei werden während eines Arbeitstaktes eines Kolbens 2 mehrere Einspritzungen von Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum 3 durchgeführt. Diese Einspritzungen können während der Ansaugphase und/oder während der Verdichtungsphase stattfinden. Diese Mehrfacheinspritzungen stellen insbesondere Zwischenzustände dar, mit denen zwischen den vorstehend beschriebenen Betriebsarten umgeschaltet wird. Gemäß der Figur sind mehrere Temperatursensoren vorgesehen. So ist ein Temperatursensor 22' im Bereich des Ansaugrohrs 7 angeordnet, der die Temperatur der Ansaugluft mißt.

Andere Temperatursensoren 22" und 22''' sind im Bereich des Abgasrohrs 8 zur Messung der Abgastemperatur vorgesehen, und zwar vor und nach dem Katalysator 12. Ein weiterer Temperatursensor 22"" ist dem Zylinder 3 zugeordnet, der damit die Motortemperatur mißt. Dieser Temperatursensor 22"" kann dem Kühlwasser oder dem Motor- bzw. Getriebeöl der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet sein. Über die Temperatur des Kühlwassers oder über die Öltemperatur kann dann auf die Motortemperatur geschlossen werden.

Von den beschriebenen Temperatursensoren ist zumindest einer vorhanden. Gegebenenfalls können auch mehrere der Temperatursensoren oder gar alle vorhanden sein. Nachfolgend wird der zumindest eine Temperatursensor mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet.

Bei kalter Brennkraftmaschine 1 wird die Umschaltung in den Schichtbetrieb in Abhängigkeit von der von dem Temperatursensor 22 gemessenen Temperatur gesteuert und/oder geregelt. Alternativ oder zusätzlich wird der Schichtbetrieb als solcher in Abhängigkeit von der von dem Temperatursensor 22 gemessenen Temperatur gesteuert und/oder geregelt.

Eine entsprechende temperaturabhängige Steuerung und/oder Regelung der kalten Brennkraftmaschine 1 wird alternativ oder zusätzlich für eventuell vorhandene Mehrfacheinspritzungen durchgeführt, und zwar insbesondere für diejenige Einspritzung, die in der Verdichtungsphase stattfindet.

Bei der temperaturabhängigen Steuerung und/oder Regelung der kalten Brennkraftmaschine 1 wird der Einspritzzeitpunkt des Einspritzventils 9 und/oder der Zündzeitpunkt der Zündkerze 10 und/oder der Winkel der Drosselklappe 11 und/oder die Abgasrückführrate über das Abgasrückführventil 14 beeinflußt. Dabei wird zumindest eine dieser Betriebsgrößen temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt. Es ist aber auch möglich, daß mehrere oder alle Betriebsgrößen entsprechend beeinflußt werden.

Die vorstehend beschriebene Beeinflussung von Betriebsgrößen der kalten Brennkraftmaschine 1 wird dabei bei der Umschaltung in den Schichtbetrieb und/oder bei dem Schichtbetrieb als solchem und/oder bei Mehrfacheinspritzungen angewendet.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, und bei dem zwischen den Betriebsarten umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei kalter Brennkraftmaschine (1) die Einspritzung in der ersten Betriebsart temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kalter Brennkraftmaschine (1) die Umschaltung in die erste Betriebsart temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzzeitpunkt und/oder der Zündzeitpunkt temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel einer Drosselklappe (11) und/oder eine Abgasrückführrate über ein Abgasrückführventil (14) temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Motortemperatur und/oder die Ansauglufttemperatur und/oder die Abgastemperatur gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwassertemperatur und/oder die Öltemperatur gemessen wird.

7. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory oder Flash-Memory, für ein Steuergerät (18) 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 6 geeignet ist.

8. Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Brennraum (4), in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät (18) zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (22) vorgesehen ist, und daß bei kalter Brennkraftmaschine (1) durch das Steuergerät (18) die Einspritzung in der ersten Betriebsart temperaturabhängig steuer- und/oder regelbar ist.

9. Steuergerät (18) für eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (1) mit einem Brennraum (4) versehen ist, in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist, und wobei das Steuergerät (18) zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei kalter Brennkraftmaschine (1) durch das Steuergerät (18) die Einspritzung in der ersten Betriebsart temperaturabhängig steuer- und/oder regelbar ist.