EP0923665B1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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EP0923665B1
EP0923665B1 EP98942470A EP98942470A EP0923665B1 EP 0923665 B1 EP0923665 B1 EP 0923665B1 EP 98942470 A EP98942470 A EP 98942470A EP 98942470 A EP98942470 A EP 98942470A EP 0923665 B1 EP0923665 B1 EP 0923665B1
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EP
European Patent Office
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moment
actual
combustion engine
mass
internal
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Winfried Langer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode
    • F02D41/3029—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, at the fuel either in a first mode of operation a compression phase or in a second operating mode directly into a combustion chamber during an intake phase is injected, and in which the in the combustion chamber injected fuel mass in the two operating modes inter alia depending on a calculated, of controlled the target engine to be delivered torque and / or is regulated.
  • the invention further relates to a control device for an internal combustion engine or a Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with an injector, with fuel in either one first operating mode during a compression phase or in a second operating mode directly during an intake phase is injectable into a combustion chamber, and with a Control device for controlling and / or regulating the in the Fuel chamber injected fuel mass in the two Operating modes depending on one calculated, to be delivered by the internal combustion engine Target torque.
  • first operating mode Shift operation Shift operation and a so-called second operating mode Differentiated homogeneous operation.
  • the shift operation is used especially for smaller loads during the Homogeneous operation with larger ones on the internal combustion engine applied loads is used.
  • the fuel is used during the compression phase Internal combustion engine in the combustion chamber, namely there in the injected in the immediate vicinity of a spark plug. This has the consequence that no even distribution of the Fuel can take place in the combustion chamber more.
  • the advantage of shift operation is that with a very low fuel mass the adjacent smaller loads executed by the internal combustion engine can be. However, larger loads cannot pass through the shift operation can be fulfilled.
  • the fuel is provided for homogeneous operation during the intake phase of the internal combustion engine injected so that a swirl and thus a Distribution of the fuel in the combustion chamber still without further can be done. To that extent corresponds to Homogeneous operation such as the operation of Internal combustion engines in the conventional way Fuel is injected into the intake pipe.
  • the fuel mass to be injected from a control device as a function of a plurality from input variables to one with regard to Saving fuel, reducing emissions and the like optimal value controlled and / or regulated.
  • This control and / or regulation depends among other things on a target torque that is calculated by the control unit.
  • the target torque is that of the internal combustion engine total moment to be delivered, i.e. the moment that the internal combustion engine should generate.
  • This target torque consists among other things of what the driver desires Moment and possibly other Torque requirements for example of an air conditioning system or the like together.
  • the moment requested by the driver is determined from the position of the driver Accelerator pedal derived.
  • the object of the invention is to provide a method with which an error in the calculation of the target torque can be recognized.
  • the method according to the invention thus enables the to check or to calculate the target torque calculated by the control unit monitor. It can be determined from the comparison whether the target torque is correct or incorrect from that Control unit has been calculated. Through this review and the detection of an error in the Calculation of the target torque can result from this faulty fuel injection into the combustion chambers the internal combustion engine can be prevented. This carries directly for fuel saving and exhaust gas reduction as well as for an overall better operation of the Internal combustion engine at.
  • a special function is started when the actual torque is greater than the permissible torque.
  • the permissible torque therefore represents a maximum value that from the actual moment per se must not be exceeded.
  • the actual torque is greater than the one mentioned Maximum value, for example, with the special function started an error routine or the like with which either the control unit tries to get the error through appropriate corrections, for example from Fix parameters or the like, or by the Driver or a mechanic alerted to the fault is made.
  • the actual torque is used up Oxygen mass determined. In this way it is possible to calculate the actual torque very precisely. From the then to Available oxygen mass can be used then the burned fuel mass and again the actual moment can be concluded.
  • the mass of oxygen consumed from the supplied Fresh air and the oxygen remaining in the exhaust gas determined.
  • the difference is formed from the oxygen content of the fresh air supplied and the remaining oxygen mass in the exhaust gas.
  • the fresh air from one Air mass sensor and the oxygen remaining in the exhaust gas is measured by a lambda sensor.
  • the air mass sensor and the lambda sensor are usually for other purposes already provided in the internal combustion engine, so that insofar as no additional components for the checking or monitoring of the invention Target torque are required.
  • a recirculation of exhaust gas when determining the burned oxygen mass considered is considered. So it will takes into account that this about the repatriation Exhaust gas fed to combustion chambers has a low Has a direct oxygen content than that of the combustion chambers fresh air supplied, and that due to the recirculated Exhaust gas, the proportion of fresh air supplied is lower. This in turn has the advantage that the tolerance of the Fresh air measuring air mass sensor also supplied plays a minor role.
  • the actual torque from the burned fuel mass determined. This will make a very accurate calculation of the actual torque.
  • the burned can Fuel mass, for example, from the injectors driving signals derived or by other Operating parameters of the internal combustion engine are determined.
  • the 1 shows an internal combustion engine 1, in which a piston 2 in a cylinder 3 back and forth is movable.
  • the cylinder 3 has a combustion chamber 4 provided, on the valves 5, an intake pipe 6 and Exhaust pipe 7 are connected. Furthermore are the Combustion chamber 4 can be controlled with a signal TI Injector 8 and a spark plug 9 assigned.
  • the Exhaust pipe 7 is via an exhaust gas recirculation line 10 and with a signal EGR controllable exhaust gas recirculation valve 11 with connected to the intake pipe 6.
  • the intake pipe 6 is with an air mass sensor 12 and that Exhaust pipe 7 is provided with a lambda sensor 13.
  • the Air mass sensor measures the air mass flow of the Intake pipe 6 supplied fresh air and generated in Depending on this, a signal LM.
  • the lambda sensor 13 measures the oxygen content of the exhaust gas in the exhaust pipe 7 and generates a signal ⁇ depending on this.
  • a first operating mode the shift operation of the Internal combustion engine 1, the fuel from the Injector 8 during a piston 2 compression phase in the combustion chamber 4 injected, locally in the immediate vicinity the spark plug 9 as well as immediately before the upper one Dead center of the piston 2. Then, using the spark plug 9 the fuel ignites so that the piston 2 in the now following work phase by the expansion of the ignited fuel is driven.
  • the homogeneous operation of the Internal combustion engine 1 the fuel from the Injector 8 during a piston 2 induced suction phase in the combustion chamber 4 injected. Through the air sucked in at the same time the injected fuel swirls and thus in the Combustion chamber 4 is distributed substantially uniformly. After that the fuel-air mixture during the Compression phase compressed to then from the spark plug 9 to be ignited. By the expansion of the inflamed The piston 2 is driven by fuel.
  • crankshaft 14 In shift operation, as in homogeneous operation, is by the driven piston a crankshaft 14 in one Offset over which ultimately the wheels of the Motor vehicle is driven.
  • the crankshaft 14 is a Speed sensor 15 assigned, which depending on the Rotation of the crankshaft 14 generates a signal N.
  • Fuel mass is in particular from a control unit 16 in terms of low fuel consumption and / or controlled and / or regulated low emissions.
  • the control unit 16 is equipped with a Microprocessor provided in a storage medium, a program especially in a read-only memory has saved, which is suitable for the named Control and / or regulation to perform.
  • the control unit 16 is acted upon by input signals, the operating variables measured by sensors Represent internal combustion engine.
  • the control unit 16 is also provided with an accelerator pedal sensor 17 connected, which generates a signal FP, the position indicates an accelerator pedal which can be actuated by a driver.
  • the Control unit 16 generates output signals with which over Actuators the behavior of the internal combustion engine accordingly the desired control and / or regulation influenced can be.
  • the control unit 16 with the Injector 8, the spark plug 9 and the Exhaust gas recirculation valve 11 connected and generates the Control necessary signals.
  • the control and / or regulation, for example, the injected into the combustion chamber 4 fuel mass is performed by the control unit 16 is to in the two operating modes, inter alia, a function of a setpoint torque M.
  • This setpoint torque represents the torque that the internal combustion engine 1 is to deliver or generate.
  • the setpoint torque to be output is calculated by the control unit 16 as a function of the torque requested by the driver and of further torque requests from the internal combustion engine 1.
  • the torque requested by the driver results from the position of the accelerator pedal sensor 17 and other torque requirements, for example from an air conditioning system, can be derived from corresponding changes in the speed N of the internal combustion engine 1.
  • the control performed by the controller 16 and / or regulation now causes an actually emitted actual torque M is substantially the calculated torque M is to be dispensed target is tracked. In essence, therefore, corresponds to the actual torque M is the setpoint torque M soll.
  • the control unit 16 converts the Signal FP for the position of the accelerator pedal and from the Speed N of internal combustion engine 1 is a permissible torque zM determined.
  • This permissible moment zM is from the Control unit 16 calculated such that the Torque request from the driver and all other Torque requirements of the internal combustion engine 1 are taken into account. Furthermore, the calculation of the permissible moment a delta value is permitted be added to the total torque requirements and with the possible tolerances of sensors and the like are taken into account.
  • control unit 16 calculates a combusted fuel mass vK from the signal LM of the air mass sensor 12 and the signal ⁇ of the lambda sensor 13, from which the actual torque M ist is then calculated by the control unit 16 in a block 20.
  • the burned fuel mass vK is from the control unit 16 ultimately calculated from the burned oxygen mass.
  • This burned oxygen mass is in turn from the Control unit 16 in block 19 from intake manifold 6 fresh air supplied and that remaining in the exhaust gas and thus calculates unburned oxygen.
  • the Oxygen content of the intake pipe 6 supplied Fresh air is measured by the air mass sensor 12 and can thus from the control unit 16 via the signal LM be taken into account.
  • the oxygen content of the in the exhaust gas remaining oxygen is from the lambda sensor 13 measured and can therefore by the control unit 16 via the Signal ⁇ are taken into account.
  • the second summand is representative of the Storage capacity of oxygen in the recycled Exhaust.
  • ⁇ ' is the air-fuel ratio previous combustion.
  • mAGR by a setpoint. If this is not set then there is an error and an error occurs associated error response. It is also possible to use mAGR derived from measurements, for example from the pressure in the Intake pipe 6 and the local air mass flow or from the Opening ratio of the throttle valve and the Exhaust gas recirculation valve 11.
  • the second summand relates on the transient operation of the internal combustion engine 1.
  • the control unit 16 then derives the delivered actual torque M ist from the internal combustion engine 1 in block 20 from the burned fuel mass vK calculated in this way.
  • This actual torque M ist is essentially proportional to the burned fuel mass vK. Is at the actual torque M If it is actually generated by the internal combustion engine 1 including the moment of friction losses.
  • the actual torque M is the control device can be used 16 also for other calculations.
  • the control unit 16 compares the allowable moment zM with the actually discharged from the internal combustion engine 1, the actual torque M is generated in response to this comparison, a signal F. If the actual torque M is less than the permissible torque zM, so is the signal F, for example, "0", while in the opposite case, ie if the actual torque M is greater than the permissible torque zM, the signal F is "1".
  • the control unit 16 then starts a special function, for example an error routine.
  • This error routine for example, parameters of the internal combustion engine 1, the actually delivered actual torque M is influence by the controller 16 in the sense of a reduction of the actual torque M is to be changed. It is also possible that the error routine informs the driver of the motor vehicle of the error by means of a corresponding display. It is also possible for the error routine to make a corresponding entry in a memory, which is then read out by the workshop staff when the motor vehicle is being repaired or serviced, in order to bring the error to the attention in this way.
  • a minimum permissible torque can be determined depending on the position of the accelerator pedal. If the actual torque M is less than this minimum torque and the target torque M target is greater than the minimum torque, an error can also be inferred from this and appropriate measures can be initiated.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, und bei dem die in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten unter anderem in Abhängigkeit von einem berechneten, von der Brennkraftmaschine abzugebendem Sollmoment gesteuert und/oder geregelt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine oder eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten unter anderem in Abhängigkeit von einem berechneten, von der Brennkraftmaschine abzugebendem Sollmoment.
Derartige Systeme zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind aus der EP 538 890 A2 bekannt.
Weiterer Stand der Technik geht aus der FR-2739331 A1 hervor.
Es wird als erste Betriebsart ein sogenannter Schichtbetrieb und als zweite Betriebsart ein sogenannter Homogenbetrieb unterschieden. Der Schichtbetrieb wird insbesondere bei kleineren Lasten verwendet, während der Homogenbetrieb bei größeren, an der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten zur Anwendung kommt. Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum, und zwar dort in die unmittelbare Umgebung einer Zündkerze eingespritzt. Dies hat zur Folge, daß keine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs in dem Brennraum mehr erfolgen kann. Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, daß mit einer sehr geringen Kraftstoffmasse 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.
In beiden Betriebsarten, also im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb, wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse von einem Steuergerät in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Eingangsgrößen auf einen im Hinblick auf Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung und dergleichen optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt. Diese Steuerung und/oder Regelung ist dabei unter anderem abhängig von einem Sollmoment, das von dem Steuergerät berechnet wird. Das Sollmoment stellt das von der Brennkraftmaschine insgesamt abzugebende Moment dar, also dasjenige Moment, das die Brennkraftmaschine erzeugen soll. Dieses Sollmoment setzt sich unter anderem aus dem von dem Fahrer erwünschten Moment und gegebenenfalls aus sonstigen Momentenanforderungen beispielsweise einer Klimaanlage oder dergleichen zusammen. Das von dem Fahrer erwünschte Moment wird dabei aus der Stellung des von dem Fahrer betätigten Fahrpedals abgeleitet.
Es ist nun möglich, daß bei der Berechnung des Sollmoments aus den genannten Eingangsgrößen durch das Steuergerät ein Fehler auftritt. Dabei kann es sich um einen Fehler eines Sensors und/oder des Steuergeräts und/oder dergleichen handeln. Insbesondere kann es sich um einen Softwarefehler bei dem Steuergerät handeln, der aufgrund des seltenen Auftretens des Fehlers bis dahin noch nicht erkannt worden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Fehler bei der Berechnung des Sollmoments erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. bei einem Steuergerät bzw. bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 oder 9 oder 10 gelöst.
Es wird also ein Vergleich des ermittelten abgegebenen Istmoments mit einem ermittelten zulässigen Moment durchgeführt. Das Istmoment und auch das zulässige Moment sind dabei unabhängig von dem gegebenenfalls fehlerhaft berechneten Sollmoment. Aus diesem Grund kann sich ein Fehler des Sollmoments nicht auf den genannten Vergleich auswirken. In Abhängigkeit von dem Vergleich wird dann entschieden, ob das Sollmoment fehlerbehaftet ist oder nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, das von dem Steuergerät berechnete Sollmoment zu überprüfen bzw. zu überwachen. Es kann mit dem Vergleich festgestellt werden, ob das Sollmoment korrekt oder fehlerhaft von dem Steuergerät berechnet worden ist. Durch diese Überprüfung und die damit erreichbare Erkennung eines Fehler bei der Berechnung des Sollmoments kann eine daraus resultierende fehlerhafte Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine verhindert werden. Dies trägt unmittelbar zur Kraftstoffeinsparung und Abgasreduktion sowie zu einem insgesamt besseren Betrieb der Brennkraftmaschine bei.
Erfindungsgemäß wird eine Sonderfunktion gestartet, wenn das Istmoment größer ist als das zulässige Moment. Das zulässige Moment stellt somit einen Maximalwert dar, der von dem Istmoment an sich nicht überschritten werden darf. Wird jedoch das Istmoment größer als der genannte Maximalwert, so wird mit der Sonderfunktion beispielsweise eine Fehlerroutine oder dergleichen gestartet, mit der entweder von dem Steuergerät versucht wird, den Fehler durch entsprechende Korrekturen beispielsweise von Parametern oder dergleichen zu beheben, oder durch die der Fahrer oder ein Mechaniker auf den Fehler aufmerksam gemacht wird.
Erfindungsgemäß wird das Istmoment aus der verbrauchten Sauerstoffmasse ermittelt. Auf diese Weise ist es möglich, das Istmoment sehr genau zu berechnen. Aus der dann zur Verfügung stehenden verbrauchten Sauerstoffmasse kann danach die verbrannte Kraftstoffmasse und damit wiederum auf das Istmoment geschlossen werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die verbrauchte Sauerstoffmasse aus der zugeführten Frischluft und dem im Abgas verbliebenen Sauerstoff ermittelt. Insbesondere wird dabei die Differenz gebildet aus dem Sauerstoffgehalt der zugeführten Frischluft und der im Abgas verbliebenen Sauerstoffmasse. Dies stellt eine einfache, aber trotzdem sehr genaue und effektive Weise dar, die verbrannte Sauerstoffmasse und damit letztlich das Istmoment der Brennkraftmaschine zu berechnen.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Frischluft von einem Luftmassensensor und der im Abgas verbliebene Sauerstoff von einem Lambda-Sensor gemessen wird. Der Luftmassensensor und der Lambda-Sensor sind üblicherweise für andere Zwecke bereits bei der Brennkraftmaschine vorgesehen, so daß insofern keine zusätzlichen Bauteile für die erfindungsgemäße Überprüfung bzw. Überwachung des Sollmoments erforderlich sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rückführung von Abgas bei der Ermittlung der verbrannten Sauerstoffmasse berücksichtigt. Es wird also berücksichtigt, daß das über die Rückführung den Brennräumen zugeführte Abgas einen geringen Sauerstoffgehalt hat als die den Brennräumen direkt zugeführte Frischluft, und daß aufgrund des zurückgeführten Abgases der Anteil der zugeführten Frischluft geringer ist. Dies hat wiederum den Vorteil, daß die Toleranz des die zugeführte Frischluft messenden Luftmassensensors ebenfalls eine geringere Rolle spielt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Istmoment aus der verbrannten Kraftstoffmasse ermittelt. Auf diese Weise wird eine sehr genaue Berechnung des Istmoments ermöglicht. Dabei kann die verbrannte Kraftstoffmasse beispielsweise aus den die Einspritzventile ansteuernden Signalen abgeleitet oder mittels sonstiger Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung werden das zulässige Moment aus einem insbesondere von einem Fahrer angeforderten Moment und/oder aus einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies stellt eine einfache, aber trotzdem genaue und effektive Weise dar, das zulässige Moment zu berechnen. Insbesondere kann auf diese Weise ein Maximalwert derart in Abhängigkeit von dem von dem Fahrer erwünschten Moment berechnet werden, daß ein Überschreiten dieses Maximalwerts durch den von der Brennkraftmaschine abgegebenen Istwert auf einen Fehler des vom Steuergerät berechneten Sollwerts hinweist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das angeforderte Moment von einem Fahrpedalsensor und die Drehzahl von einem Drehzahlsensor gemessen wird. Der Fahrpedalsensor und der Drehzahlsensor sind üblicherweise für andere Zwecke bereits bei der Brennkraftmaschine vorgesehen, so daß insofern keine zusätzlichen Bauteile für die erfindungsgemäße Überprüfung bzw. Überwachung des Sollmoments erforderlich sind.
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.
Figur 1
zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und
Figur 2
zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine nach der Figur 1.
In der Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Des weiteren sind dem Brennraum 4 ein mit einem Signal TI ansteuerbares Einspritzventil 8 und eine Zündkerze 9 zugeordnet. Das Abgasrohr 7 ist über eine Abgasrückführleitung 10 und ein mit einem Signal AGR steuerbares Abgasrückführventil 11 mit dem Ansaugrohr 6 verbunden.
Das Ansaugrohr 6 ist mit einem Luftmassensensor 12 und das Abgasrohr 7 ist mit einem Lambda-Sensor 13 versehen. Der Luftmassensensor mißt den Luftmassenstrom der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal LM. Der Lambda-Sensor 13 mißt den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal λ.
In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 9 sowie zeitlich unmittelbar vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 2. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 9 der Kraftstoff entzündet, so daß der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird.
In einer zweiten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Danach wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch während der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 9 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben.
Im Schichtbetrieb, wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen Kolben eine Kurbelwelle 14 in eine Drehung versetzt, über die letztendlich die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Der Kurbelwelle 14 ist ein Drehzahlsensor 15 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle 14 ein Signal N erzeugt.
Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse wird von einem Steuergerät 16 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Abgasentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 16 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Read-Only-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.
Das Steuergerät 16 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem Luftmassensensor 12, dem Lambdasensor 13 und dem Drehzahlsensor 15 verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 16 mit einem Fahrpedalsensor 17 verbunden, der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals angibt. Das Steuergerät 16 erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflußt werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und dem Abgasrückführventil 11 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale.
Die Steuerung und/oder Regelung beispielsweise der in den Brennraum 4 eingespritzen Kraftstoffmasse wird von dem Steuergerät 16 in beiden Betriebsarten unter anderem in Abhängigkeit von einem Sollmoment Msoll durchgeführt. Dieses Sollmoment stellt dabei dasjenige Moment dar, das die Brennkraftmaschine 1 abgeben bzw. erzeugen soll. Das abzugebende Sollmoment wird von dem Steuergerät 16 in Abhängigkeit von dem von dem Fahrer angeforderten Moment und von weiteren Momentenanforderungen der Brennkraftmaschine 1 berechnet. Das von dem Fahrer angeforderte Moment ergibt sich aus der Stellung des Fahrpedalsensors 17 und sonstige Momentenanforderungen beispielsweise von einer Klimaanlage können aus entsprechenden Veränderungen der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 abgeleitet werden.
Die von dem Steuergerät 16 ausgeführte Steuerung und/oder Regelung bewirkt nun, daß ein tatsächlich abgegebenes Istmoment Mist im wesentlichen dem berechneten abzugebenden Sollmoment Msoll nachgeführt wird. Im wesentlichen entspricht deshalb das Istmoment Mist dem Sollmoment Msoll.
Es ist nun möglich, daß bei der beschriebenen Berechnung des abzugebenden Sollmoments durch das Steuergerät 16 ein Fehler auftritt. In der Figur 2 ist ein Verfahren dargestellt, mit dem ein derartiger Fehler erkannt werden kann. Das Verfahren wird von dem Steuergerät 16 durchgeführt. Dabei ist es möglich, daß das Verfahren insbesondere regelmäßig in bestimmten Zeitabständen und/oder. bei jeder Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 1 und/oder bei sonstigen speziellen Ereignissen während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 gestartet wird.
In einem Block 18 wird von dem Steuergerät 16 aus dem Signal FP für die Stellung des Fahrpedals und aus der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 ein zulässiges Moment zM ermittelt. Dieses zulässige Moment zM wird von dem Steuergerät 16 derart berechnet, daß die Momentenanforderung des Fahrers sowie sämtliche sonstigen Momentenanforderungen der Brennkraftmaschine 1 berücksichtigt sind. Des weiteren kann bei der Berechnung des zulässigen Moments zM noch ein Deltawert zugelassen werden, der den gesamten Momentenanforderungen hinzugefügt wird, und mit dem eventuelle Toleranzen von Sensoren und dergleichen berücksichtigt werden.
In einem Block 19 wird von dem Steuergerät 16 aus dem Signal LM des Luftmassensensors 12 und dem Signal λ des Lambda-Sensors 13 eine verbrannte Kraftstoffmasse vK berechnet, aus der dann in einem Block 20 das Istmoment Mist von dem Steuergerät 16 berechnet wird.
Die verbrannte Kraftstoffmasse vK wird von dem Steuergerät 16 letztlich über die verbrannte Sauerstoffmasse berechnet. Diese verbrannte Sauerstoffmasse wiederum wird von dem Steuergerät 16 in dem Block 19 aus der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und dem im Abgas verbliebenen und damit unverbrannten Sauerstoff berechnet. Der Sauerstoffgehalt der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft wird von dem Luftmassensensor 12 gemessen und kann somit von dem Steuergerät 16 über das Signal LM berücksichtigt werden. Der Sauerstoffgehalt des im Abgas verbliebene Sauerstoffs wird von dem Lambda-Sensor 13 gemessen und kann deshalb von dem Steuergerät 16 über das Signal λ berücksichtigt werden.
Aus dem Signal LM und dem Signal λ berechnet das Steuergerät 16 im Block 19 die verbrannte Kraftstoffmasse vK nach der folgenden Gleichung: vK = mLk · λ + mAGR (1λ - 1λ' ) mit:
  • vK = verbrannte Kraftstoffmasse
  • mL = Luftmasse aus Signal LM
  • mAGR = rückgeführte Abgasmasse
  • k = 14,8 bei Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ=1.
    • Mit dem ersten Summanden der Gleichung wird die verbrannte Kraftstoffmasse vK aus der über das Signal LM gemessenen Luftmasse mL und aus dem Signal λ berechnet, das eine Funktion der Sauerstoffkonzentration des Abgases ist. Diese Berechnung bezieht sich auf den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine 1.
    Der zweite Summand ist stellvertretend für die Speicherkapazität von Sauerstoff in dem rückgeführten Abgas. Dabei ist λ' das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der vorhergehenden Verbrennung. Des Weiteren handelt es sich bei mAGR um einen Sollwert. Wenn dieser nicht eingestellt werden kann, dann liegt ein Fehler vor und es erfolgt eine zugehörige Fehlerreaktion. Ebenfalls ist es möglich, mAGR aus Messungen abzuleiten, beispielsweise aus dem Druck im Ansaugrohr 6 und dem dortigen Luftmassenstrom oder aus dem Öffnungsverhältnis der Drosselklappe und des Abgasrückführventils 11. Der zweite Summand bezieht sich auf den instationären Betrieb der Brennkraftmaschine 1.
    Aus der auf diese Weise berechneten verbrannten Kraftstoffmasse vK leitet das Steuergerät 16 dann im Block 20 das abgegebene Istmoment Mist der Brennkraftmaschine 1 ab. Dieses Istmoment Mist ist im wesentlichen proportional zu der verbrannten Kraftstoffmasse vK. Bei der Istmoment Mist handelt es sich um das tatsächlich von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Moment einschließlich der Reibungsverluste. Das Istmoment Mist kann auch noch für andere Berechnungen des Steuergeräts 16 herangezogen werden.
    In einem Block 21 vergleicht das Steuergerät 16 das zulässige Moment zM mit dem tatsächlich von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Istmoment Mist und erzeugt in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Signal F. Ist das Istmoment Mist kleiner als das zulässige Moment zM, so ist das Signal F beispielsweise "0", während im umgekehrten Fall, also wenn das Istmoment Mist größer ist als das zulässige Moment zM, das Signal F gleich "1" ist.
    Ist das Istmoment Mist kleiner als das zulässige Moment zM, so bedeutet dies, daß das von dem Steuergerät 16 berechnete abzugebende Sollmoment Msoll, von dem letztlich das tatsächlich abgegebene Istmoment Mist über die von dem Steuergerät 16 durchgeführte Steuerung bzw. Regelung abhängt, zumindest in einem plausiblen Wertebereich liegt. Das Steuergerät 16 kann daraus schließen, daß die Berechnung des Sollmoment zumindest nicht grundlegend falsch ist. In diesem Fall werden von dem Steuergerät 16 keine weiteren Maßnahmen ergriffen.
    Ist das Istmoment Mist jedoch größer als das zulässige Moment zM, so bedeutet dies, daß das von dem Steuergerät 16 anfangs berechnete abzugebende Sollmoment zu groß ist und damit einen Fehler aufweist. Dieser Fehler hat dann zur Folge, daß über die von dem Steuergerät 16 durchgeführte Steuerung-bzw. Regelung auch das tatsächlich abgegebene Istmoment Mist zu groß ist und deshalb das zulässige Moment zM überschreitet. Dieser Fehler wird von dem Steuergerät 16 durch das Signal F = 1 erkannt.
    Das Steuergerät 16 startet daraufhin eine Sonderfunktion, beispielsweise eine Fehlerroutine. Mit dieser Fehlerroutine können beispielsweise Parameter der Brennkraftmaschine 1, die das tatsächlich abgegebene Istmoment Mist beeinflussen, von dem Steuergerät 16 im Sinne einer Verringerung des Istmoments Mist verändert werden. Ebenfalls ist es möglich, daß durch die Fehlerroutine der Fahrer des Kraftfahrzeugs durch eine entsprechende Anzeige von dem Fehler unterrichtet wird. Es ist auch möglich, daß durch die Fehlerroutine ein entsprechender Eintrag in einem Speicher vorgenommen wird, der dann bei einer Reperatur oder Wartung des Kraftfahrzeugs von dem Werkstattpersonal ausgelesen wird, um auf diese Weise den Fehler zur Kenntnis zu bringen.
    Des Weiteren kann abhängig von der Stellung des Fahrpedels ein minimal zulässiges Moment ermittelt werden. Ist das Istmoment Mist kleiner als dieses minimale Moment und ist das Sollmoment Msoll größer als das minimale Moment, so kann daraus ebenfalls auf einen Fehler geschlossen werden und es können entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.

    Claims (12)

    1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, und bei dem die in den Brennraum (4) eingespritzte Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten unter anderem in Abhängigkeit von einem berechneten, von der Brennkraftmaschine abzugebendem Sollmoment gesteuert und/oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Brennkraftmaschine (1) abgegebenes Istmoment (Mist) und ein zulässiges Moment (zM) ermittelt wird (18 bzw. 19, 20), daß das Istmoment (Mist) mit dem zulässigen Moment (zM) verglichen wird (21), daß eine Sonderfunktion gestartet wird, wenn das Istmoment (Mist) größer ist als das zulässige Moment (zM), und daß das Istmoment (Mist) aus der verbrauchten Sauerstoffmasse ermittelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Sauerstoffmasse aus der zugeführten Frischluft und dem im Abgas verbliebenen Sauerstoff ermittelt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft von einem Luftmassensensor (12) und der im Abgas verbliebene Sauerstoff von einem Lambda-Sensor (13) gemessen wird.
    4. Verfahren nach einem der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführung von Abgas bei der Ermittlung der verbrauchten Sauerstoffmasse berücksichtigt wird.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Istmoment (Mist) aus der verbrannten Kraftstoffmasse (vK) ermittelt wird.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zulässige Moment (zM) aus einem insbesondere von einem Fahrer angeforderten Moment ermittelt wird.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zulässige Moment (zM) aus einer Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das angeforderte Moment von einem Fahrpedalsensor (17) und die Drehzahl von einem Drehzahlsensor (15) gemessen wird.
    9. Steuergerät (16) für eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Brennkraftmaschine (1) mit einem Einspritzventil (8) versehen ist, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1) einspritzbar ist, und wobei das Steuergerät (16) zur Steuerung und/oder Regelung der in den Brennraum (4) eingespritzten Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten unter anderem in Abhängigkeit von einem berechneten, von der Brennkraftmaschine abzugebendem Sollmoment vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät (16) ein von der Brennkraftmaschine (1) abgegebenes Istmoment (Mist) und ein zulässiges Moment (zM) ermittelt wird, dass ein Vergleich des Istmoments (Mist) mit dem zulässigen Moment (zM) durchgeführt wird, dass eine Sonderfunktion gestartet wird, wenn das Istmoment (Mist) größer ist als das zulässige Moment (zM), und dass das Istmoment (Mist) aus der verbrauchten Sauerstoffmasse ermittelt wird.
    10. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil (8), mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät (16) zur Steuerung und/oder Regelung der in den Brennraum (4) eingespritzten Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten unter anderem in Abhängigkeit von einem berechneten, von der Brennkraftmaschine abzugebendem Sollmoment, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuergerät (16) ein von der Brennkraftmaschine (1) abgegebenes Istmoment (Mist) und ein zulässiges Moment (zM) ermittelt wird, dass ein Vergleich des Istmoments (Mist) mit dem zulässigen Moment (zM) durchgeführt wird, dass eine Sonderfunktion gestartet wird, wenn das Istmoment (Mist) größer ist als das zulässige Moment (zM), und dass das Istmoment (Mist) aus der verbrauchten Sauerstoffmasse ermittelt wird.
    11. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftmassensensor (12) und ein Lambda-Sensor (13) vorgesehen sind.
    12. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fahrpedalsensor (17) und ein Drehzahlsensor (15) vorgesehen sind.
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