EP0985089B1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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EP0985089B1
EP0985089B1 EP99923374A EP99923374A EP0985089B1 EP 0985089 B1 EP0985089 B1 EP 0985089B1 EP 99923374 A EP99923374 A EP 99923374A EP 99923374 A EP99923374 A EP 99923374A EP 0985089 B1 EP0985089 B1 EP 0985089B1
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EP
European Patent Office
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operating mode
fuel
air mass
engine
internal combustion
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Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1504—Digital data processing using one central computing unit with particular means during a transient phase, e.g. acceleration, deceleration, gear change

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, in which Fuel either in a first mode during a Compression phase or in a second operating mode during an injection phase is injected directly into a combustion chamber, and where the fuel mass injected into the combustion chamber controlled and / or differently in the two operating modes is regulated. Furthermore, the invention relates to a Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with an injector, with fuel in either one first operating mode during an intake phase or in a second mode during a compression phase directly in a combustion chamber is injectable, and with a control unit for different control and / or regulation in the Fuel chamber injected fuel mass in the two Modes. During the operation of the internal combustion engine is changed from the first operating mode to one Transitional operation of the second mode and then into one Normal operation of the second operating mode switched.
  • Such systems for the direct injection of fuel into The combustion chamber of an internal combustion engine is generally known. It is a so-called first mode of 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 applied.
  • the fuel is used during the Compression phase of the internal combustion engine in the combustion chamber injected in such a way that a Cloud of fuel in the immediate vicinity of a spark plug located.
  • This injection can be done in different ways respectively. So it is possible that the injected Fuel cloud is already during or immediately after Injection is located at and from the spark plug is ignited. It is also possible that the injected cloud of fuel through a charge movement the spark plug is led and then ignited. By both The combustion process is not an even fuel distribution ahead, but a stratified charge.
  • homogeneous operation intended for such larger loads the fuel is 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 can be done easily.
  • Homogeneous operation such as the operation of internal combustion engines, in which fuel is conventionally injected into the intake manifold is injected. If necessary, even with smaller loads homogeneous operation can be used.
  • the throttle valve becomes the Combustion chamber leading intake pipe wide open and the Combustion is essentially only through the one to be injected Fuel mass controlled and / or regulated.
  • the throttle valve is dependent on the requested Moment opened or closed and the one to be injected Fuel mass is drawn depending on the Air mass controlled and / or regulated.
  • a method of the type mentioned is from DE 197 37 375 A1 known.
  • this publication no indication can be taken of the supplied air mass as a switching criterion for switching between the Operating modes.
  • the object of the invention is to provide a method for operating to create an internal combustion engine with which an optimal Switching between the operating modes is possible.
  • This task is carried out in a method of the type mentioned at the beginning Type or in an internal combustion engine of the aforementioned Art solved according to the invention in that the supplied Air mass is determined and depending on the supplied air mass from the first operating mode in the Transitional operation of the second mode is switched.
  • the switching processes are therefore dependent on the supplied air mass performed.
  • the air mass supplied can, for example, with the help of an air mass sensor be determined.
  • the in the intake pipe decreases stored air mass, so the first threshold value below.
  • the internal combustion engine is then replaced by the Shift operation in the transition operation of homogeneous operation switched.
  • the temporarily stored in the intake pipe Air mass continues to decrease and then falls below second threshold.
  • the internal combustion engine is then the Transitional operation in normal operation of homogeneous operation switched.
  • the dependence of the switching processes on the supplied air mass is a particularly simple and represents the exact possibility of switching over the entire Internal combustion engine from shift operation to homogeneous operation perform.
  • Fuel / air mixture controlled to an approximately lean value and / or regulated In the transitional operation of Homogeneous operation is therefore a lean one Homogeneous operation or homogeneous lean operation with a lean Air / fuel ratio.
  • the fuel / air mixture has thus a value greater than 1.
  • the Firing angle after switching from the first mode to the transition operation of the second operating mode from the supplied air mass, the injected fuel mass and the requested moment is determined. So that can requested moment simply and precisely during the lean Homogeneous operation are generated.
  • the Invention is in the normal operation of the second mode the supplied air / fuel mixture to one predetermined, in particular stoichiometric value controlled and / or is regulated.
  • the fuel / air mixture has thus a defined predetermined value, for example 1. This is a particularly low-pollution operation of the Internal combustion engine reached.
  • Firing angle after switching from transition mode to the normal operation of the second operating mode from the requested moment is determined.
  • Firing angles can therefore be particularly short-term Torque changes can be achieved without the given or to change stoichiometric value.
  • An internal combustion engine 1 is shown in the figure, 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 a Exhaust pipe 7 are connected. Furthermore are the Combustion chamber 4 can be controlled with a signal TI Injector 8 and a controllable with a signal ZW Associated with spark plug 9.
  • the intake pipe 6 is with an air mass sensor 10 and that Exhaust pipe 7 can be provided with a lambda sensor 11.
  • the air mass sensor 10 measures the air mass of the Intake pipe 6 supplied fresh air and generated in Depending on this, a signal LM.
  • the lambda sensor 11 measures the oxygen content of the exhaust gas in the exhaust pipe 7 and generates a signal ⁇ depending on this.
  • a throttle valve 12 is in the intake pipe 6 housed, whose rotational position by means of a signal DK is adjustable.
  • the throttle valve 12 becomes wide open.
  • the fuel is supplied from the injection valve 8 during one caused by the piston 2 Compression phase injected into the combustion chamber 4 locally in the immediate vicinity of the spark plug 9 and at a suitable distance before the ignition point. Then the fuel is ignited using the spark plug 9, so that the piston 2 in the now following working phase by the expansion of the ignited fuel is driven.
  • the homogeneous operation of the Internal combustion engine 1 the throttle valve 12 in Dependence on the desired air mass supplied partially opened or closed.
  • the fuel will from the injector 8 during one through the piston 2 induced suction phase in the combustion chamber 4 injected.
  • the air sucked in at the same time the injected fuel swirls and thus in the Combustion chamber 4 is distributed substantially uniformly.
  • the fuel / air mixture during the Compression phase compressed to then from the spark plug 9 to be ignited.
  • the piston 2 is driven by fuel.
  • the driven piston In shift operation as well as in homogeneous operation, the driven pistons a crankshaft 14 in a Rotational movement over which ultimately the wheels of the Motor vehicle are driven.
  • the crankshaft 14 is assigned a speed sensor 15 which is a function of the rotational movement of the crankshaft 14 generates a signal N.
  • Fuel mass is in particular from a control unit 16 with a view to low fuel consumption and / or controlled low pollutant development and / or regulated.
  • the control unit 16 is equipped with a Microprocessor provided in a storage medium, a program in particular 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 operating variables measured by sensors Represent internal combustion engine For example, that is Control unit 16 with the air mass sensor 10, the lambda sensor 11 and the speed sensor 15 connected.
  • 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 subsequently uses the Figures 2 and 3 described method for switching from carried out a shift operation in a homogeneous operation.
  • the blocks shown in FIG. 2 represent Functions of the method, for example in the Form of software modules or the like in the Control device 16 are realized.
  • FIG. 2 it is assumed in a block 18 that that the internal combustion engine 1 in a stationary Shift operation is located. Then in a block 19 for example, based on a driver's request Acceleration of the motor vehicle a transition into one Homogeneous operation requested. The time of the request of the homogeneous operation can also be seen from FIG. 3.
  • the throttle valve 12 by means of a block 24 from it in shift operation fully opened wdksch in at least one partially open or closed state wdkhom for controlled homogeneous operation.
  • a block 25 of Figure 2 it is checked whether the Combustion chamber 4 supplied air mass a certain value has reached, namely whether the filling rl has become smaller is considered a maximum filling for a homogeneous Lean operation rlmaxhmitr. It is therefore checked whether rl ⁇ rlmaxhmitr is.
  • the filling rlmaxhunderr is included predefined such that the engine 1 given moment remains approximately constant.
  • the non-stationary homogeneous operation differs from a stationary homogeneous operation in that the Fuel / air mixture is lean, ⁇ is greater than 1, and the operating variables of the internal combustion engine 1, e.g. change the filling of the combustion chamber 4. It deals lean homogeneous operation or one homogeneous lean operation of the internal combustion engine 1. This lean homogeneous operation delivers a transition mode the normal operating mode of the homogeneous mode.
  • the internal combustion engine 1 controlled in accordance with a block 28 of FIG. 2 or regulated that the fuel mass rk from the requested Moment mdsoll and the air mass supplied to the combustion chamber 4 rl is determined. From the supplied air mass rl and fuel mass rk injected into the combustion chamber 4 then the fuel / air mixture ⁇ .
  • the ignition angle ZW for the spark plug 9 of the internal combustion engine 1 is in Dependent on the requested moment, the Air mass rl and the fuel mass rk determined and set.
  • the combustion chamber 4 falls in the lean homogeneous operation supplied air mass rl further towards smaller fillings from. This is shown in FIG. 2 by means of a block 29 shown.
  • a block 30 it is checked whether the Combustion chamber 4 supplied air mass a certain value has reached, namely whether the filling rl has become smaller is considered a maximum filling for the normal Homogeneous operation rlmaxhom. It is therefore checked whether rl ⁇ rlmaxhom is.
  • the fuel mass rk influenced in this way has Consequence that - at least for a certain period of time - the torque Md output by the internal combustion engine 1 would increase. This is compensated for by the fact that Time 31, i.e. when the lambda control is switched on, the ignition angle ZW is adjusted so that the emitted Moment Md remains approximately constant.
  • a block 35 checks whether the combustion chamber 4 supplied air mass rl finally to that filling which has fallen to a stationary homogeneous operation belongs to a stoichiometric fuel / air mixture. is if this is not yet the case, it will loop over block 34 waited further. However, if this is the case, so the internal combustion engine 1 in the stationary Homogeneous operation without an ignition angle adjustment using the Blocks 36 continued to operate. In Figure 3, this is in one the point in time marked with the reference number 37 Case.

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 unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt in einen Brennraum einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird von der ersten Betriebsart zuerst in einen Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart und dann in einen Normalbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet.
Derartige Systeme zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt. Es wird dabei 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 derart eingespritzt, dass sich im Zeitpunkt der Zündung eine Kraftstoffwolke in unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze befindet. Diese Einspritzung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, dass die eingespritzte Kraftstoffwolke sich bereits während bzw. unmittelbar nach der Einspritzung bei der Zündkerze befindet und von dieser entzündet wird. Ebenfalls ist es möglich, dass die eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine Ladungsbewegung zu der Zündkerze geführt und dann erst entzündet wird. Bei beiden Brennverfahren liegt keine gleichmäßige Kraftstoffverteilung vor, sondern eine Schichtladung.
Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, dass dort mit einer sehr geringen Kraftstoffmenge die anliegenden kleineren Lasten von der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können. Größere Lasten können allerdings nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden.
Im für derartige größere Lasten vorgesehenen Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt, so dass eine Verwirbelung und damit eine Verteilung des Kraftstoffs in dem Brennraum noch ohne weiteres erfolgen kann. Insoweit entspricht der Homogenbetrieb etwa der Betriebsweise von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird. Bei Bedarf kann auch bei kleineren Lasten der Homogenbetrieb eingesetzt werden.
Im Schichtbetrieb wird die Drosselklappe in dem zu dem Brennraum führenden Ansaugrohr weit geöffnet und die Verbrennung wird im wesentlichen nur durch die einzuspritzende Kraftstoffmasse gesteuert und/oder geregelt. Im Homogenbetrieb wird die Drosselklappe in Abhängigkeit von dem angeforderten Moment geöffnet bzw. geschlossen und die einzuspritzende Kraftstoffmasse wird in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse gesteuert und/oder geregelt.
In beiden Betriebsarten, also im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb, wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse in Abhängigkeit zusätzlich von einer Mehrzahl weiterer Eingangsgrößen auf einen im Hinblick auf Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung und dergleichen optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt. Die Steuerung und/oder Regelung ist dabei in den beiden Betriebsarten unterschiedlich.
Es ist erforderlich, die Brennkraftmaschine von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb und wieder zurück umzuschalten. Während im Schichtbetrieb die Drosselklappe weit geöffnet ist und die Luft damit weitgehend entdrosselt zugeführt wird, ist die Drosselklappe im Homogenbetrieb nur teilweise geöffnet und vermindert damit die Zufuhr von Luft. Vor allem bei der Umschaltung vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb muss dabei die Fähigkeit des zu dem Brennraum führenden Ansaugrohrs berücksichtigt werden, Luft zu speichern. Wird dies nicht berücksichtigt, so kann das Umschalten zu einer Erhöhung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Moments führen.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 197 37 375 A1 bekannt. Allerdings kann dieser Druckschrift kein Hinweis darauf entnommen werden, die zugeführte Luftmasse als Umschaltkriterium zum Umschalten zwischen den Betriebsarten heranzuziehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein optimales Umschalten zwischen den Betriebsarten möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zugeführte Luftmasse ermittelt wird und in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmasse von der ersten Betriebsart in den Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird.
Es wird also nicht sofort in den Homogenbetrieb, also zu einem stöchiometrischen oder fetten Luft/Kraftstoffgemisch umgeschaltet, sondern es wird die Brennkraftmaschine zuerst in einem übergangsbetrieb des Homogenbetriebs betrieben. Durch diesen Übergangsbetrieb wird erreicht, dass der gesamte Umschaltvorgang vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb eine wesentlich geringere Erhöhung des von der Brennkraftmaschine erzeugten Moments zur Folge hat. Es muss also wesentlich weniger überschüssiges Moment beispielsweise durch eine Spätverstellung des Zündwinkels wieder vernichtet werden. Dies stellt nicht nur eine deutliche Kraftstoffeinsparung dar, sondern es wird auch durch die geringere Spätverstellung des Zündwinkels die Möglichkeit von Veränderungen des von der Brennkraftmaschine erzeugten Moments deutlich verringert. Störungen haben somit nur noch eine verminderte Einwirkung auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine. Des weiteren wird durch die verringerte Spätverstellung des Zündwinkels auch eine geringere Erhöhung der Abgastemperatur erreicht, was ebenfalls für die Laufruhe der Brennkraftmaschine und deren Lebensdauer vorteilhaft ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, von der ersten Betriebsart in den Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart umzuschalten, sobald die zugeführte Luftmasse einen ersten Schwellwert unterschreitet.
Ebenso wird vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmasse von dem Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart in den Normalbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird, und zwar insbesondere sobald die zugeführte Luftmasse einen zweiten Schwellwert unterschreitet.
Die Umschaltvorgänge werden also in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmasse durchgeführt. Die zugeführte Luftmasse kann dabei beispielsweise mit Hilfe eines Luftmassensensors ermittelt werden. Dann werden gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder sonstigen Parametern die beiden Schwellwerte für die Umschaltvorgänge ermittelt. Verringert sich nun die in dem Ansaugrohr gespeicherte Luftmasse, so wird zuerst der erste Schwellwert unterschritten. Die Brennkraftmaschine wird daraufhin von dem Schichtbetrieb in den übergangsbetrieb des Homogenbetriebs umgeschaltet. Die in dem Ansaugrohr zwischengespeicherte Luftmasse verringert sich weiter und unterschreitet dann den zweiten Schwellwert. Die Brennkraftmaschine wird dann von dem Übergangsbetrieb in den Normalbetrieb des Homogenbetriebs umgeschaltet. Die Abhängigkeit der Umschaltvorgänge von der zugeführten Luftmasse stellt dabei eine besonders einfache und genaue Möglichkeit dar, die gesamte Umschaltung der Brennkraftmaschine vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb durchzuführen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart das zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch auf einen etwa mageren Wert gesteuert und/oder geregelt. Bei dem Übergangsbetrieb des Homogenbetriebs handelt es sich also um einen mageren Homogenbetrieb bzw. homogenen Magerbetrieb mit einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch besitzt somit einen Wert größer als 1.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmasse nach dem Umschalten von der ersten Betriebsart auf den Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart aus der zugeführten Luftmasse und dem angeforderten Moment ermittelt wird. Dies stellt eine einfache und genaue Möglichkeit dar, den mageren Homogenbetrieb zu realisieren.
Des weiteren ist es besonders zweckmäßig, wenn der Zündwinkel nach dem Umschalten von der ersten Betriebsart auf den Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart aus der zugeführten Luftmasse, der eingespritzten Kraftstoffmasse und dem angeforderten Moment ermittelt wird. Damit kann das angeforderte Moment einfach und genau während des mageren Homogenbetriebs erzeugt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in dem Normalbetrieb der zweiten Betriebsart das zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch auf einen vorgegebenen, insbesondere stöchiometrischen Wert gesteuert und/oder geregelt wird. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch besitzt somit einen definierten vorgegebenen Wert, beispielsweise 1. Damit wird ein besonders schadstoffarmer Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmasse nach dem Umschalten von dem Übergangsbetrieb in den Normalbetrieb der zweiten Betriebsart aus der zugeführten Luftmasse ermittelt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß der vorgegebene bzw. stöchiometrische Wert des Kraftstoff/Luft-Gemischs erhalten bleibt.
Des weiteren ist es besonders zweckmäßig, wenn der Zündwinkel nach dem Umschalten von dem Übergangsbetrieb in den Normalbetrieb der zweiten Betriebsart aus dem angeforderten Moment ermittelt wird. Mit Hilfe des Zündwinkels können damit insbesondere kurzfristige Momentenänderungen erreicht werden, ohne den vorgegebenen bzw. stöchiometrischen Wert verändern zu müssen.
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.
Figur 1
zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
Figur 2
zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine der Figur 1, und
Figur 3
zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von Signalen der Brennkraftmaschine der Figur 1 bei Durchführung des Verfahrens nach der Figur 2.
In der Figur 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 mit einem Signal ZW ansteuerbare Zündkerze 9 zugeordnet.
Das Ansaugrohr 6 ist mit einem Luftmassensensor 10 und das Abgasrohr 7 kann mit einem Lambda-Sensor 11 versehen sein. Der Luftmassensensor 10 mißt die Luftmasse der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal LM. Der Lambda-Sensor 11 mißt den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal λ.
In dem Ansaugrohr 6 ist eine Drosselklappe 12 untergebracht, deren Drehstellung mittels eines Signals DK einstellbar ist.
In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 12 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird 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 in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt. 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 die Drosselklappe 12 in Abhängigkeit von der erwünschten, zugeführten Luftmasse teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird 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 Drehbewegung versetzt, über die letztendlich die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Der Kurbelwelle 14 ist ein Drehzahlsensor 15 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Drehbewegung 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 Schadstoffentwicklung 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 10, dem Lambda-Sensor 11 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 der Drosselklappe 12 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale TI, ZW und DK.
Von dem Steuergerät 16 wird das nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 beschriebene Verfahren zum Umschalten von einem Schichtbetrieb in einen Homogenbetrieb durchgeführt. Die in der Figur 2 gezeigten Blöcke stellen dabei Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in der Form von Softwaremodulen oder dergleichen in dem Steuergerät 16 realisiert sind.
In der Figur 2 wird in einem Block 18 davon ausgegangen, daß sich die Brennkraftmaschine 1 in einem stationären Schichtbetrieb befindet. In einem Block 19 wird dann beispielsweise aufgrund einer von dem Fahrer erwünschten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ein Übergang in einen Homogenbetrieb angefordert. Der Zeitpunkt der Anforderung des Homogenbetriebs ist auch aus der Figur 3 ersichtlich.
Danach erfolgt mittels der Blöcke 20, 21 eine Entprellung, mit der ein kurz aufeinanderfolgendes Hin- und Herschalten zwischen dem Schicht- und dem Homogenbetrieb verhindert wird. Wenn der Homogenbetrieb freigegeben ist, dann wird der Übergang von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb durch einen Block 22 gestartet. Der Zeitpunkt, in dem der Umschaltvorgang beginnt, ist in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnet.
In dem genannten Zeitpunkt 23 wird die Drosselklappe 12 mittels eines Blocks 24 aus ihrem im Schichtbetrieb vollständig geöffneten Zustand wdksch in einen zumindest teilweise geöffneten bzw. geschlossenen Zustand wdkhom für den Homogenbetrieb gesteuert. Die Drehstellung der Drosselklappe im Homogenbetrieb ist dabei auf ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch, also auf λ = 1 ausgerichtet und hängt des weiteren von z.B. dem angeforderten Moment und/oder der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 usw. ab.
Durch die Verstellung der Drosselklappe 12 geht die Brennkraftmaschine 1 von dem stationären Schichtbetrieb in einen instationären Schichtbetrieb über. In diesem Betriebszustand fällt die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse von einer Füllung rlsch während des Schichtbetriebs langsam zu kleineren Füllungen hin ab. Dies ist aus der Figur 3 ersichtlich. Die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl bzw. dessen Füllung wird dabei von dem Steuergerät 16 u.a. aus dem Signal LM des Luftmassensensors 10 ermittelt.
In einem Block 25 der Figur 2 wird geprüft, ob die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse einen bestimmten Wert erreicht hat, und zwar ob die Füllung rl kleiner geworden ist als eine maximale Füllung für einen homogenen Magerbetrieb rlmaxhommager. Es wird also geprüft, ob rl < rlmaxhommager ist. Die Füllung rlmaxhommager ist dabei derart vorgegeben, daß das von der Brennkraftmaschine 1 abgegeben Moment etwa konstant bleibt.
Ist rl < rlmaxhommager nicht erfüllt, so wird in einer Schleife über den Block 24 weiter abgewartet. Ist dies jedoch der Fall, was in der Figur 3 in einem mit der Bezugsziffer 26 gekennzeichneten Zeitpunkt gegeben ist, so wird in diesem Zeitpunkt von dem instationären Schichtbetrieb in einen instationären Homogenbetrieb umgeschaltet. Gemäß der Figur 2 wird das Umschalten dabei mittels eines Blocks 27 durchgeführt.
Der instationäre Homogenbetrieb unterscheidet sich von einem stationären Homogenbetrieb dadurch, daß das Kraftstoff/Luft-Gemisch mager ist, λ also größer als 1 ist, und sich die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1, z.B. die Füllung des Brennraums 4, weiter verändern. Es handelt sich also um einen mageren Homogenbetrieb bzw. einen homogenen Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1. Dieser magere Homogenbetrieb stellt eine Übergangsbetriebsart zu der Normalbetriebsart des Homgenbetriebs dar.
In dem mageren Homogenbetrieb wird die Brennkraftmaschine 1 gemäß einem Block 28 der Figur 2 derart gesteuert bzw. geregelt, daß die Kraftstoffmasse rk aus dem angeforderten Moment mdsoll und der dem Brennraum 4 zugeführten Luftmasse rl ermittelt wird. Aus der zugeführten Luftmasse rl und der in den Brennraum 4 eingespritzten Kraftstoffmasse rk ergibt sich dann das Kraftstoff/Luft-Gemisch λ. Der Zündwinkel ZW für die Zündkerze 9 der Brennkraftmaschine 1 wird in Abhängigkeit von dem angeforderten Moment mdsoll, der Luftmasse rl und der Kraftstoffmasse rk ermittelt und eingestellt.
In dem mageren Homogenbetrieb fällt die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl weiter zu kleineren Füllungen hin ab. Dies ist in der Figur 2 mittels eines Blocks 29 dargestellt. In einem Block 30 wird geprüft, ob die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse einen bestimmten Wert erreicht hat, und zwar ob die Füllung rl kleiner geworden ist als eine maximale Füllung für den normalen Homogenbetrieb rlmaxhom. Es wird also geprüft, ob rl < rlmaxhom ist. Die Füllung rlmaxhom ist dabei derart vorgegeben, daß in dem normalen Homogenbetrieb ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch, also λ = 1 vorhanden ist. Des weiteren ist diese Füllung derart vorgegeben, daß das abgegebene Moment Md konstant bleibt.
Ist rl < rlmaxhom nicht erfüllt, so wird in einer Schleife über die Blöcke 28, 29 weiter abgewartet. Ist dies jedoch der Fall, was in der Figur 3 in einem mit der Bezugsziffer 31 gekennzeichneten Zeitpunkt gegeben ist, so wird in diesem Zeitpunkt von dem instationären mageren Homogenbetrieb in einen Homogenbetrieb umgeschaltet. Gemäß der Figur 2 wird das Umschalten dabei mittels eines Blocks 32 durchgeführt.
In dem genannten Zeitpunkt 31 wird die Lambda-Regelung eingeschaltet, damit der genannte Homogenbetrieb mit einem vorgegebenen λ-Wert, beispielsweise mit λ = 1, also einem stöchiometrischen Kraftstoff/Luftgemisch weitergeführt wird. Dies ist in der Figur 2 in einem Block 33 dargestellt. Die Lambda-Regelung steuert und/oder regelt die in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse rk derart, daß z.B. ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht, daß also λ = 1 ist.
Die auf diese Weise beeinflusste Kraftstoffmasse rk hat zur Folge, daß - zumindest während einer gewissen Zeitdauer - das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Moment Md ansteigen würde. Dies wird dadurch ausgeglichen, daß im Zeitpunkt 31, also mit dem Zuschalten der Lambda-Regelung, der Zündwinkel ZW derart verstellt wird, daß das abgegebene Moment Md etwa konstant bleibt.
Dies wird in der Figur 2 über einen Block 34 erreicht. Dort wird die Kraftstoffmasse rk aus der dem Brennraum 4 zugeführten Luftmasse rl unter Zugrundelegung eines stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Gemischs ermittelt. Des weiteren wird der Zündwinkel ZW in Abhängigkeit von dem abzugebenden Moment mdsoll in Richtung einer Spätzündung verstellt. Im Hinblick auf diese Spätverstellung liegt somit noch eine gewisse Abweichung von dem normalen Homogenbetrieb vor, mit der vorübergehend die noch zuviel zugeführte Luftmasse und das daraus resultierende zuviel erzeugte Moment der Brennkraftmaschine 1 vernichtet wird.
In einem Block 35 wird geprüft, ob die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl schließlich auf diejenige Füllung gefallen ist, die zu einem stationären Homogenbetrieb bei einem stöchiometrischem Kraftstoff/Luft-Gemisch gehört. Ist dies noch nicht der Fall, so wird in einer Schleife über den Block 34 weiter abgewartet. Ist dies jedoch der Fall, so wird die Brennkraftmaschine 1 in dem stationären Homogenbetrieb ohne eine Zündwinkelverstellung mittels des Blocks 36 weiterbetrieben. In der Figur 3 ist dies in einem mit der Bezugsziffer 37 gekennzeichneten Zeitpunkt der Fall.
In diesem stationären Homogenbetrieb entspricht die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse der Fülling rlhom für den Homogenbetrieb und der Zündwinkel zwhom für die Zündkerze 9 entspricht ebenfalls demjenigen für den Homogenbetrieb. Entsprechendes gilt für die Drehstellung wdkhom der Drosselklappe 12.

Claims (11)

  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 unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt wird, wobei von der ersten Betriebsart zuerst (26) in einen Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart und dann (31, 37) in einen Normalbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Luftmasse (rl) ermittelt wird und in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmasse (rl) von der ersten Betriebsart in den übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Unterschreiten (26) der zugeführten Luftmasse (rl) unter einen ersten Schwellwert (rlmaxhommager) von der ersten Betriebsart in den übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmasse (rl) von dem Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart in den Normalbetrieb der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird, insbesondere nach Unterschreiten (31) der zugeführten Luftmasse (rl) unter einen zweiten Schwellwert (rlmaxhom).
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart das zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch auf einen etwa mageren Wert (λ > 1) gesteuert und/oder geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzuspritzende Kraftstoffmasse (rk) nach dem Umschalten (26) von der ersten Betriebsart auf den Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart aus der zugeführten Luftmasse (rl) und dem angeforderten Moment (mdsoll) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel (ZW) nach dem Umschalten (26) von der ersten Betriebsart auf den übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart aus der zugeführten Luftmasse (rl), der eingespritzten Kraftstoffmasse (rk) und dem angeforderten Moment (mdsoll) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Normalbetrieb der zweiten Betriebsart das zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch auf einen vorgegebenen, insbesondere stöchiometrischen Wert (λ = 1) gesteuert und/oder geregelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzuspritzende Kraftstoffmasse (rk) nach dem Umschalten (31) von dem Übergangsbetrieb in den Normalbetrieb der zweiten Betriebsart aus der zugeführten Luftmasse (rl) ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel (ZW) nach dem Umschalten (31) von dem Übergangsbetrieb in den Normalbetrieb der zweiten Betriebsart aus dem angeforderten Moment (mdsoll) ermittelt wird.
  10. Steuerelelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät (16) einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist, zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. 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 unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung der in den Brennraum (4) eingespritzten Kraftstoffmasse in den beiden Betriebsarten, wobei das Steuergerät (16) von der ersten Betriebsart zuerst (26) in einen Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart und dann (31, 37) in einen Normalbetrieb der zweiten Betriebsart umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Luftmasse (rl) ermittelt wird und das Steuergerät (16) in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmasse (rl) von der ersten Betriebsart in den Übergangsbetrieb der zweiten Betriebsart umschaltet.
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