EP1015749A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

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EP1015749A1
EP1015749A1 EP99919114A EP99919114A EP1015749A1 EP 1015749 A1 EP1015749 A1 EP 1015749A1 EP 99919114 A EP99919114 A EP 99919114A EP 99919114 A EP99919114 A EP 99919114A EP 1015749 A1 EP1015749 A1 EP 1015749A1
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EP
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operating
internal combustion
combustion engine
torque
operating mode
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EP99919114A
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Winfried Moser
Matthias Philipp
Dirk Mentgen
Michael Oder
Georg Mallebrein
Christian KÖHLER
Jürgen FÖRSTER
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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, in which fuel is injected directly into a combustion chamber, either in a first operating mode during a compression phase or in a second operating mode during an intake phase, in which a switch is made between the two operating modes, and in which the actual torque of the internal combustion engine influencing operating variables depending on a target torque in the two operating modes are controlled and / or regulated differently.
  • the invention relates to a
  • Internal combustion engine in particular for a motor vehicle, with an injection valve, with which fuel is injected directly into a combustion chamber either in a first operating mode during a compression phase or in a second operating mode during an intake phase, and with a
  • Control unit for switching between the two operating modes and for different control and / or regulation in the two operating modes of the operating variables influencing the actual torque of the internal combustion engine as a function of a target torque.
  • the fuel is injected into the combustion chamber during the compression phase of the internal combustion engine in such a way that a cloud of fuel is in the immediate vicinity of a spark plug at the time of ignition.
  • This injection can take place in different ways. So it is possible that the injected cloud of fuel is already during or immediately after the injection at the spark plug and is ignited by it. It is also possible that the injected fuel cloud is guided to the spark plug by a charge movement and only then ignited. In both combustion processes, there is no uniform fuel distribution, but a stratified charge.
  • the advantage of stratified operation is that the applied smaller loads can be carried out by the internal combustion engine with a very small amount of fuel. However, larger loads cannot be met by shift operation.
  • homogeneous operation corresponds approximately to the operating mode of internal combustion engines, in which fuel is injected into the intake pipe in a conventional manner. If required, homo operation can also be used for smaller loads.
  • the throttle valve in the intake pipe leading to the combustion chamber is opened wide and the combustion is essentially only by the Controlled and / or regulated fuel mass to be injected.
  • the throttle valve is opened or closed depending on the requested torque and the fuel mass to be injected is controlled and / or regulated depending on the air mass drawn in.
  • the fuel mass to be injected is additionally dependent on a plurality of further operating variables with regard to
  • Fuel saving, exhaust gas reduction and the like optimal value controlled and / or regulated.
  • the control and / or regulation is different in the two operating modes.
  • the object of the invention is to provide a method for operating an internal combustion engine with which an improved
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned or in an internal combustion engine of the type mentioned in that a change in the actual torque is detected during a switching operation and that at least one of the operating variables is influenced as a function thereof. - 4 -
  • the actual moment is determined before and after a changeover process.
  • the change in the actual torque as a function of the detected speed of the internal combustion engine is recognized. This ensures that a change in the actual torque and thus a jerk or the like can be detected with the help of the already existing speed sensor. Additional sensors or other additional components are therefore not required.
  • rough running values are determined for the individual cylinders. From these rough running values, changes in the Is torque of the internal combustion engine can be concluded. With the help of the uneven running values, it is possible to detect speed fluctuations or a jerk in the internal combustion engine.
  • the rough running values can be determined in different ways. It is thus possible to provide an uneven running sensor for measuring the uneven running values.
  • the rough running values can also be derived, for example, from the speed of the internal combustion engine. It is essential that the uneven running values are a measure of torque differences - 5 -
  • At least one of the two operating modes in a corresponding operating point of the internal combustion engine is advantageously developed.
  • the operating variable is changed in a cylinder-specific manner such that the torque delivered by successive cylinders changes, but the total torque of all cylinders remains the same.
  • the changes are therefore made on a cylinder-specific basis. This ensures that the total torque of all cylinders can be kept approximately constant.
  • there are differences in the torque output between the cylinders which can be used to identify possible speed fluctuations when switching between the two operating modes.
  • an uneven running value is determined in each of the two operating modes, which are then compared with one another.
  • This torque difference represents a static switching jerk, which is influenced by a corresponding influencing of the operating variables of the internal combustion engine
  • the operating variables of the internal combustion engine are influenced as a function of the comparison. It is thus possible that, in the event of a discrepancy between the uneven running values of the first operating mode and the uneven running values of the second operating mode, operating variables of the internal combustion engine are influenced in such a way that this deviation is minimized or becomes zero. A possible jerk when switching between the two operating modes can thus be minimized or even reduced to zero.
  • the influencing of one of the operating variables is carried out adaptively. There is therefore a permanent correction to the resetting process. This makes it possible, for example, to compensate for changes in the internal combustion engine over its running time, in particular signs of wear and the like. It is also possible to compensate for deviations between different internal combustion engines of the same type during commissioning.
  • Switching operations can be carried out so that there is sufficient time for this.
  • the injected fuel mass is influenced in particular in the sense of an increase. It is also advantageous if, in the second operating mode, the ignition angle or the ignition timing is influenced, in particular in the sense of a retardation.
  • control element which is provided for a control device of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • a program is stored on the control element, which is executable on a computing device, in particular on a microprocessor, and is suitable for executing the method according to the invention.
  • the invention is thus implemented by a program stored on the control element, so that this control element provided with the program represents the invention in the same way as the method, for the execution of which the program is suitable.
  • an electrical storage medium for example a read-only memory, can be used as the control element.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of an internal combustion engine of a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention for operating the internal combustion engine of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic time diagram of FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic time diagram of signals of the internal combustion engine of FIG. 1 when carrying out one which is opposite to the method of FIG. 2
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention for switching according to FIGS. 2 to 4, and
  • FIG. 6 shows a schematic time diagram of FIG
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 in which a piston 2 can be moved back and forth in a cylinder 3.
  • the cylinder 3 is provided with a combustion chamber 4, to which an intake pipe 6 and an exhaust pipe 7 are connected via valves 5.
  • the combustion chamber 4 has an injection valve 8 that can be controlled with a signal TI and one that can be controlled with a signal ZW
  • the intake pipe 6 is provided with an air mass sensor 10 and the exhaust pipe 7 can be provided with a lambda sensor 11.
  • the air mass sensor 10 measures the air mass of the fresh air supplied to the intake pipe 6 and generates a signal LM as a function thereof.
  • the lambda sensor 11 measures the oxygen content of the exhaust gas in the exhaust pipe 7 and generates a signal as a function thereof 9 -
  • a throttle valve 12 is accommodated in the intake pipe 6, the rotational position of which can be set by means of a signal DK.
  • the throttle valve 12 In a first operating mode, the stratified operation of the internal combustion engine 1, the throttle valve 12 is opened wide.
  • the fuel is injected from the injection valve 8 into the combustion chamber 4 during a compression phase caused by the piston 2, specifically locally in the immediate vicinity of the spark plug 9 and at a suitable time before the ignition point. Then the fuel is ignited with the aid of the spark plug 9, so that the piston 2 is driven in the now following working phase by the expansion of the ignited fuel.
  • the throttle valve 12 In a second operating mode, the homogeneous operation of the internal combustion engine 1, the throttle valve 12 is partially opened or closed depending on the desired air mass supplied.
  • the fuel is injected into the combustion chamber 4 by the injection valve 8 during an induction phase caused by the piston 2.
  • the injected fuel is swirled by the air drawn in at the same time and is thus distributed substantially uniformly in the combustion chamber 4. Then the fuel / air mixture during the
  • the piston 2 is driven by the expansion of the ignited fuel.
  • the driven piston sets a crankshaft 14 into a rotary movement, via which the wheels of the motor vehicle are ultimately driven.
  • a speed sensor 15 is assigned to the crankshaft 14 and generates a signal N as a function of the rotary movement of the crankshaft 14.
  • the fuel mass injected into the combustion chamber 4 by the injection valve 8 in stratified operation and in homogeneous operation is in particular controlled by a control unit 16 - 10 -
  • control device 16 is provided with a microprocessor which has stored a program in a storage medium, in particular in a read-only memory, which is suitable for carrying out the control and / or regulation mentioned.
  • the control device 16 is acted upon by input signals, the operating variables of the measured by means of sensors
  • the control unit 16 is connected to the air mass sensor 10, the lambda sensor 11 and the speed sensor 15. Furthermore, the control unit 16 is connected to an accelerator pedal sensor 17 which generates a signal FP which indicates the position of an accelerator pedal which can be actuated by a driver and thus the torque requested by the driver.
  • the control unit 16 generates output signals with which the behavior of the internal combustion engine can be influenced via actuators in accordance with the desired control and / or regulation.
  • the control unit 16 is connected to the injection valve 8, the spark plug 9 and the throttle valve 12 and generates the signals TI, ZW and DK required to control them.
  • the control device 16 carries out the method described below with reference to FIGS. 2 and 3 for switching from shift operation to homogeneous operation.
  • the blocks shown in FIG. 2 represent functions of the method that are implemented, for example, in the form of software modules or the like in control unit 16.
  • a block 21 in FIG. 2 assumes that the internal combustion engine 1 is in a stationary position
  • Shift operation is located.
  • a transition to homogeneous operation is then requested, for example, on the basis of an acceleration of the motor vehicle desired by the driver.
  • the throttle valve 12 is controlled by means of a block 26 from its state wdksch, which is fully open in stratified operation, to an at least partially open or closed state wdkhom for homogeneous operation.
  • a block 28 of FIG. 2 is used to switch over to non-stationary homogeneous operation. This is in the - 12 -
  • the fuel mass rk injected into the combustion chamber 4 is controlled and / or regulated as a function of the air mass rl supplied to the combustion chamber 4 in such a way that in particular a stoichiometric fuel / air mixture arises, that is
  • the fuel mass rk influenced in this way has the 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 at time 41, i.e. when switching to homogeneous operation, the ignition angle ZW is adjusted based on the value zwsch in such a way that the torque Md given maintains a setpoint torque resulting from, among other things, the requested torque and thus remains about constant.
  • the fuel mass rk is determined from the air mass rl supplied to the combustion chamber 4 on the basis of a stoichiometric fuel / air mixture. Furthermore, the ignition angle ZW is adjusted in the direction of a retarded ignition as a function of the target torque mdsoll. With regard to this late adjustment, there is still a certain deviation from normal homogeneous operation, with which the excess air supply and the resulting excess torque generated by the internal combustion engine 1 are temporarily destroyed.
  • a block 30 it is checked whether the air mass rl supplied to the combustion chamber 4 has finally fallen to the filling that belongs to a stationary homogeneous operation with a stoichiometric fuel / air mixture. If this is not yet the case, the process continues in a loop via block 29. However, if this is the case, then the internal combustion engine 1 is operated in stationary homogeneous operation without an ignition angle adjustment by means of the - 13 -
  • Blocks 31 continued to operate. In FIG. 3, this is the case at a point in time identified by reference number 42.
  • the air mass supplied to the combustion chamber 4 corresponds to the filling rlhom for the homogeneous operation and the ignition angle zwhom for the spark plug 9 also corresponds to that for the homogeneous operation.
  • the stationary stratified operation is identified as area A, the non-stationary stratified operation as area B, the unsteady homogeneous operation as area C and the stationary homogeneous operation as area D.
  • FIG. 4 shows a switchover from homogeneous operation to shift operation.
  • a steady-state homogeneous operation is assumed, in which, for example, the operating variables of the internal combustion engine 1 are to be used for a stationary shift operation.
  • the switchover to shift operation is initiated by control unit 16 by withdrawing the requirement of homogeneous operation. After debouncing, the switchover to shift operation is released and throttle valve 12 is controlled into the rotational position which is provided for shift operation. This is a rotational position in which the throttle valve 12 is largely open. This is illustrated by the transition from wdkhom to wdksch in FIG. 4.
  • the opening of the throttle valve 12 has the consequence that the air mass rl supplied to the combustion chamber 4 increases. This goes in - 14 -
  • the injected fuel mass rk is set to the value rksch for shift operation.
  • FIG. 5 shows a method that can be used during the switchover from shift operation to homogeneous operation according to FIGS. 2 and 3.
  • the method serves to detect changes in the torque of the internal combustion engine 1, that is to say changes in the actual torque Md emitted during the switching process.
  • the blocks shown in FIG. 5 represent functions of the method, for example in the form of
  • Block 52 made a reduction in the fuel mass rk supplied to the cylinder x in such a way that the actual torque Md of the internal combustion engine itself would decrease by, for example, 10%.
  • the fuel mass rk supplied to the other cylinders is increased such that the actual torque Md of the internal combustion engine 1 would increase by 10%.
  • this has the consequence that the actual torque Md of the internal combustion engine 1 does not change, so that the total torque from all cylinders remains approximately constant. In this way, the internal combustion engine
  • Uneven running values of the individual cylinders 3 are then determined in a block 53. According to the torque pattern, these are so-called uneven running patterns.
  • These rough running values can be any values that characterize the rough running or smooth running of the internal combustion engine 1. For example, it is possible to assign a sensor to internal combustion engine 1, which detects the uneven running or smooth running of internal combustion engine 1. It is also possible for the uneven running of the internal combustion engine 1 to be determined from other, in particular already existing, operating variables of the internal combustion engine 1. In particular, it is possible for the uneven running to be calculated from the speed N of the internal combustion engine 1.
  • the uneven running or smooth running of the internal combustion engine 1 represents a measure of changes in the actual torque Md - 16 -
  • the uneven running or smooth running is a measure of torque differences between successively fired cylinders 3 of the internal combustion engine 1.
  • the uneven running or smooth running can be assigned to the individual cylinders 3 of the internal combustion engine 1.
  • segment times ts are measured during the operation of the internal combustion engine 1.
  • a segment time ts is measured for each combustion.
  • Each combustion is given a number n and the associated segment time is marked accordingly with ts (n).
  • ts n
  • a crankshaft angle of 360 degrees divided by half the number of cylinders is selected as the segment and assigned to each of the cylinders 3 of the internal combustion engine 1.
  • the combustion-dependent segment times ts (n) are detected, for example, with the aid of a sensor which measures the time period for the respective segment to move past a reference point.
  • the sensor can in particular be the speed sensor 15.
  • the segment times ts (n) measured by the sensor simultaneously represent speed information from which the course of the speed and thus also speed fluctuations can be derived for the respective cylinder 3.
  • Segment times tsk (n) compensated in this way are essentially only dependent on cylinder-specific torque fluctuations.
  • the rough running value is calculated from these compensated segment times tsk (n), for example as follows:
  • Uneven running values lut (z, j) can be filtered using appropriate algorithms. For example, it is possible to carry out low-pass filtering in order to suppress stochastic interference. Filtered, cylinder-specific rough running values (z, j) represent the measure for torque differences between successively fired cylinders 3 of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 is in one of the aforementioned operating points operating point of homogeneous operation corresponding to the shift operation. This is recognized by the control device 16, which is indicated in FIG. 5 by the arrow 54. The internal combustion engine 1 is thus located in block 55 at the corresponding operating point of stationary homogeneous operation.
  • Uneven running values of the individual cylinders 3 are determined in a block 57. According to the torque pattern, these are so-called uneven running patterns.
  • the uneven running values ultimately used relate to a specific operating point of the
  • the uneven running values LUT S and LUT h can also be determined in the reverse order, so that blocks 55, 56 and 57 are first run through and then blocks 51, 52 and 53 are run through. In this case, arrow 54 extends from the exit of block 57 to the entrance of block 51. - 19 -
  • LUT h is a measure of a torque difference Md. This is explained below using FIG. 6.
  • FIG. 6 shows a time diagram of the two rough running values LUT S and LUT h of a cylinder 3.
  • the uneven running value LUT S differs in size from the uneven running value LUT h . This difference is based on different moments that the internal combustion engine 1 in the corresponding operating points in
  • This torque difference Md is determined in block 59 by the
  • Control unit 16 determined. It may be necessary to take into account further operating variables of the internal combustion engine 1. It may also be necessary to adapt this calculation over the operating period of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 is influenced in such a way that the torque difference Md becomes as small as possible or even zero.
  • the operating variables of the internal combustion engine 1 are thus changed such that the torque difference Md becomes smaller.
  • the operating parameters in one of the two operating modes or, if necessary, also in both - 20 -
  • the fuel mass rk to be injected into the combustion chamber 4 is reduced or increased in the area A in such a way that the changes in torque found become less.
  • the determined torque changes between the areas A and D are static torque changes which can be permanently corrected by adaptive changes in the respective operating variables.
  • the air mass rl or the filling and / or the fuel mass rk are adjusted when torque changes are detected in areas A and D, so that the torque changes are reduced.
  • Torque changes are less.
  • the determined torque changes between the areas A and D are static torque changes which can be permanently corrected by adaptive changes in the respective operating variables.

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Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Die Brennkraftmaschine (1) ist mit einem Einspritzventil (8) versehen, 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. Des weiteren ist ein Steuergerät (16) vorgesehen zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment. Eine Änderung des Ist-Moments während eines Umschaltvorgangs wird von dem Steuergerät (16) erkannt und in Abhängigkeit davon wird zumindest eine der Betriebsgrößen von dem Steuergerät (16) beeinflußt.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
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, bei dem zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet wird, und bei dem die das Ist-Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment in den beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt werden. Des weiteren betrifft die Erfindung 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 einsprit2±>ar ist, und mit einem
Steuergerät zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist -Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment.
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 Homogehbetrieb 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 Kraftstoffwölke 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 Homogehbetrieb 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 Betriebsgrößen 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.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein verbessertes
Umschalten zwischen den Betriebsarten möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Brennkraf maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Änderung des Ist-Moments während eines Umschaltvorgangs erkannt wird, und daß in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen beeinflußt wird. - 4 -
Auf der Grundlage der Ermittlung von Änderungen des Ist- Moments während des Umschaltvorgangs ist es möglich, Laufunruhen bzw. ein Ruckein während des Umschaltens zu erkennen. Nachdem ein Ruckein erkannt ist, kann durch die Beeinflussung von Betriebsgrößen der Laufunruhe entgegengewirkt werden. Damit ist es insgesamt möglich, Laufunruhen oder Ruckein während des Umschaltens von dem Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb oder umgekehrt zu vermeiden. Die Umschaltvorgänge zwischen den beiden Betriebsarten werden damit insbesondere im Hinblick auf eine erhöhte Laufruhe und damit auf einen erhöhten Komfort verbessert .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ist-Moment vor und nach einem UmsehaltVorgang ermittelt.
Dies stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, die Änderung des Ist-Moments zu erfassen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Änderung des Ist-Moments in Abhängigkeit von der erfaßten Drehzahl der Brennkraftmaschine erkannt. Damit wird erreicht, daß mit Hilfe des bereits vorhandenen Drehzahlsensors eine Änderung des Ist-Moments und damit ein Ruckein oder dergleichen erkannt werden kann. Zusätzliche Sensoren oder sonstige zusätzliche Bauteile sind somit nicht erforderlich.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Laufunruhewerte für die einzelnen Zylinder ermittelt. Aus diesen Laufunruhewerten kann auf Änderungen des Is -Moments der Brennkraftmaschine geschlossen werden. Damit ist es mit Hilfe der Laufunruhewerte möglich, DrehzahlSchwankungen oder ein Ruckein der Brennkraftmaschine zu erkennen. Die Laufunruhewerte können dabei auf verschiedene Arten ermittelt werden. So ist es möglich, einen Laufunruhesensor zur Messung der Laufunruhewerte vorzusehen. Ebenfalls können die Laufunruhewerte beispielsweise aus der Drehzahl der Brennkraf maschine abgeleitet werden. Wesentlich ist, daß die Laufunruhwerte ein Maß für Drehmomentunterschiede - 5 -
zwischen aufeinanderfolgenden Zylindern darstellen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in den beiden Betriebsarten in einem einander entsprechenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zumindest eine der das
Ist-Moment beeinflussenden Betriebsgrößen verändert, und es wird danach mindestens einer der Laufunruhewerte der ersten Betriebsart mit mindestens einem der Laufunruhewerte der zweiten Betriebsart verglichen. In den beiden Betriebsarten wird also die Brennkraftmaschine jeweils einer Veränderung ausgesetzt. Die Folge dieser Veränderung wird in Form einer Änderung der Laufunruhewerte ermittelt. Aus dieser Änderung der Laufunruhewerte kann auf mögliche Drehmomentunterschiede zwischen den beiden Betriebsarten geschlossen werden. Ein mögliches Ruckein beim Umschalten zwischen den beiden
Betriebsarten kann somit vorab erkannt und vermieden werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Betriebsgröße zylinderspezifisch derart verändert wird, daß sich das abgegebene Moment aufeinanderfolgender Zylinder verändert, daß aber das Summenmoment aller Zylinder gleich bleibt. Die Veränderungen werden also zylinderspezifisch durchgeführt. Damit wird erreicht, daß das Summenmoment aller Zylinder etwa konstant gehalten werden kann. Zwischen den Zylindern entstehen jedoch Unterschiede in den abgegebenen Momenten, die zur Erkennung von möglichen Drehzahlschwankungen beim Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten herangezogen werden können.
Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn das von einem der Zylinder abgegebene Moment verringert wird, und wenn die von den anderen Zylindern abgegebenen Momente anteilig erhöht werden. Damit wird erreicht, daß das Summenmoment etwa konstant bleibt und damit für den Benutzer keinerlei Komfortverlust oder dergleichen entsteht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in den beiden Betriebsarten jeweils ein Laufunruhewert ermittelt, die danach miteinander verglichen werden. Dabei - 6 -
ist es besonders zweckmäßig, wenn aus dem Vergleich der beiden Laufunruhewerte eine Drehmomentdifferenz ermittelt wird. Diese Drehmomentdifferenz stellt einen statischen Umschaltruck dar, dem durch eine entsprechende Beeinflussung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine im Sinne einer
Minimierung entgegengewirkt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in Abhängigkeit von dem Vergleich die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine beeinflußt. So ist es möglich, daß bei einer festgestellten Abweichung der Laufunruhewerte der ersten Betriebsart von den Laufunruhewerten der zweiten Betriebsart Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine derart beeinflußt werden, daß diese Abweichung minimiert oder zu Null wird. Damit kann ein mögliches Ruckein beim Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten minimiert oder gar auf Null reduziert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen adaptiv durchgeführt. Es erfolgt also eine bleibende Korrektur des UmsehaltVorgangs . Damit ist es möglich, beispielsweise Veränderungen der Brennkraftmaschine über deren Laufzeit, insbesondere Verschleißerscheinungen und dergleichen, zu kompensieren. Ebenfalls ist es möglich, Abweichungen zwischen verschiedenen Brennkraftmaschinen desselben Typs bei der Inbetriebnahme auszugleichen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Berechnungsmodelle der beiden Betriebsarten adaptiv aneinander angeglichen werden. Dies kann additiv oder alternativ zu der adaptiven Beeinflussung von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine erfolgen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der statische Umschaltdruck verringert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen erst für den nächsten UmsehaltVorgang durchgeführt. Damit wird erreicht, daß die erfindungsgemäßen Berechnungen zwischen zwei - 7 -
Umschaltvorgängen durchgeführt werden können, so daß hierfür ausreichend Zeit vorhanden ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der ersten Betriebsart die eingespritzte Kraftstoffmasse insbesondere im Sinne einer Erhöhung beeinflußt wird. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn in der zweiten Betriebsart der Zündwinkel bzw. der Zündzeitpunkt insbesondere im Sinne einer Spätverstellung beeinflußt wird. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, bei einer erkannten Laufunruhe während des
Umschaltvorgangs das Ist -Moment der Brennkraftmaschine zu beeinflussen und damit die Laufunruhe zu vermindern. Insbesondere werden durch diese Maßnahmen die beiden Betriebsarten im Umschaltzeitpunkt einander angenähert.
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 .
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 - 8 -
Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung .
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, Figur 3 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von
Signalen der Brennkraftmaschine der Figur 1 bei Durchführung des Verfahrens nach der Figur 2 ,
Figur 4 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von Signalen der Brennkraftmaschine der Figur 1 bei Durchführung eines dem Verfahren der Figur 2 entgegengerichteten
Verfahrens,
Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens für das Umschalten nach den Figuren 2 bis 4, und Figur 6 zeigt eine schematisches Zeitdiagramm von
Laufunruhewerten eines Zylinders der Brennkraftmaschine 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 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 9 -
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 Kraf stoff/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 - 10 -
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 und damit das von dem Fahrer angeforderte Moment 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 21 davon ausgegangen, daß sich die Brennkraftmaschine 1 in einem stationären
Schichtbetrieb befindet. In einem Block 22 wird dann beispielsweise aufgrund einer von dem Fahrer erwünschten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ein Übergang in einen Homogenbetrieb angefordert . Der Zeitpunkt der Anforderung - 11 -
des Homogenbetriebs ist auch aus der Figur 3 ersichtlich.
Danach erfolgt mittels der Blöcke 23, 24 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 25 gestartet. Der Zeitpunkt, in dem der UmsehaltVorgang beginnt, ist in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet.
In dem genannten Zeitpunkt 40 wird die Drosselklappe 12 mittels eines Blocks 26 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 12 im Homogenbetrieb ist dabei insbesondere auf ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch, also auf = 1 ausgerichtet und hängt des weiteren von z.B. dem angeforderten Moment und/oder der Drehzahl N der
Brennkraftmaschine 1 und dergleichen ab. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Kraftstoff/Luft-Gemisch fett oder mager einzustellen, also < 1 bzw. > 1 zu wählen.
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 unter anderem aus dem Signal LM des Luftmassensensors 10 ermittelt. Gemäß einem Block 27 wird die Brennkraftmaschine 1 weiterhin im Schichtbetrieb betrieben.
Danach wird mittels eines Blocks 28 der Figur 2 in einen instationären Homogenbetrieb umgeschaltet . Dies ist in der - 12 -
Figur 3 in einem Zeitpunkt 41 der Fall.
Gemäß einem Block 29 wird im Homogenbetrieb die in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse rk in Abhängigkeit von der dem Brennraum 4 zugeführten Luftmasse rl derart gesteuert und/oder geregelt, daß insbesondere ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht, daß also
= 1 ist. Es ist aber auch möglich das Kraftstoff/Luft- Gemisch in einem Bereich 0,7 1,5 einzustellen.
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 41, also mit dem Umschalten in den Homogenbetrieb, der Zündwinkel ZW, ausgehend von dem Wert zwsch derart verstellt wird, daß das abgegebene Moment Md ein sich unter anderem aus dem angeforderten Moment ergebendes Soll-Moment mdsoll beibehält und damit etwa konstant bleibt.
Zu diesem Zweck 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 Soll-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 30 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 29 weiter abgewartet. Ist dies jedoch der Fall, so wird die Brennkraftmaschine 1 in dem stationären Homogenbetrieb ohne eine Zündwinkelverstellung mittels des - 13 -
Blocks 31 weiterbetrieben. In der Figur 3 ist dies in einem mit der Bezugsziffer 42 gekennzeichneten Zeitpunkt der Fall.
In diesem stationären Homogenbetrieb entspricht die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse der Füllung 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.
In der Figur 3 ist der stationäre Schichtbetrieb als Bereich A, der instationäre Schichtbetrieb als Bereich B, der instationäre Homogenbetrieb als Bereich C und der stationäre Homogenbetrieb als Bereich D gekennzeichnet.
In der Figur 4 ist ein Umschalten von einem Homogenbetrieb in einen Schichtbetrieb dargestellt. Dabei wird von einem stationären Homogenbetrieb ausgegangen, in dem beispielsweise aufgrund der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 in einen stationären Schichtbetrieb übergegangen werden soll.
Die Umschaltung in den Schichtbetrieb wird von dem Steuergerät 16 dadurch eingeleitet, daß die Anforderung des Homogenbetriebs zurückgenommen wird. Nach einer Entprellung wird die Umschaltung in den Schichtbetrieb freigegeben und es wird die Drosselklappe 12 in diejenige Drehstellung gesteuert, die für den Schichtbetreib vorgesehen ist. Dabei handelt es sich um eine Drehstellung, bei der die Drosselklappe 12 weitgehend geöffnet ist. Dies ist durch den Übergang von wdkhom nach wdksch in der Figur 4 dargestellt.
Dabei ist es möglich, daß dieser Übergang ohne oder mit Berücksichtigung eines Drosselklappen-Überschwingers von dem Steuergerät 16 weiterverarbeitet wird. Dies ist in der Figur 4 durch durchgezogene oder gestrichelte Linien dargestellt.
Das Öffnen der Drosselklappe 12 hat zur Folge, daß die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl zunimmt . Dies geht in - 14 -
der Figur 4 aus dem Verlauf von rlhom hervor. Danach erfolgt die Umschaltung von dem beschriebenen instationären Homogenbetrieb in einen instationären Schichtbetrieb. Dies ist in der Figur 4 in dem Zeitpunkt 43 der Fall.
Vor dem Umschalten in den Schichtbetrieb wird die zunehmende, dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse dadurch kompensiert, daß die eingespritzte Kraftstoffmasse rk erhöht und der Zündwinkel ZW nach spät verstellt wird. Dies ergibt sich in der Figur 4 aus dem Verlauf von rkhom und zwhom.
Nach dem Umschalten in den Schichtbetrieb wird die eingespritzte Kraftstoffmasse rk auf den Wert rksch für den Schichtbetrieb eingestellt. Entsprechendes gilt für den Zündwinkel ZW, der auf den Wert zwsch für den Schichtbetrieb eingestellt wird.
In der Figur 4 ist der stationäre Homogenbetrieb als Bereich A, der instationäre Homogenbetrieb als Bereich B, der instationäre Schichtbetrieb als Bereich C und der stationäre
Schichtbetrieb als Bereich D gekennzeichnet.
In der Figur 5 ist ein Verfahren dargestellt, das während des Umschaltvorgangs von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb nach den Figuren 2 und 3 angewendet werden kann. Das Verfahren dient dazu, Drehmomentänderungen der Brennkraftmaschine 1, also Änderungen des abgegebenen Ist- Moments Md während des Umschaltvorgangs zu erkennen. Die in der Figur 5 gezeigten Blöcke stellen dabei Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in der Form von
Softwaremodulen oder dergleichen in dem Steuergerät 16 realisiert sind.
In einem Block 51 wird von einem stationären Schichtbetrieb ausgegangen, in dem sich die Brennkraftmaschine 1 befindet, und in dem die Brennkraftmaschine 1 einen bestimmten, durch das Steuergerät 16 nachvollziehbaren Betriebspunkt aufweist.
In diesem Betriebspunkt des Schichtbetriebs wird in einem - 15 -
Block 52 eine Verringerung der dem Zylinder x zugeführten Kraftstoffmasse rk derart vorgenommen, daß sich das Ist- Moment Md der Brennkraftmaschine an sich um beispielsweise 10 % verringern würde. Gleichzeitig wird jedoch die den anderen Zylindern zugeführte Kraftstoffmasse rk derart erhöht, daß sieht das Ist -Moment Md der Brennkraftmaschine 1 um 10 % erhöhen würde. Insgesamt hat dies zur Folge, daß sich das Ist-Moment Md der Brennkraftmaschine 1 nicht verändert, das Summenmoment aus allen Zylindern also etwa konstant bleibt. Auf diese Weise wird der Brennkraftmaschine
1 ein sogenanntes Drehmomentmuster eingeprägt, das einerseits eine Veränderung der abgegebenen Momente der einzelnen Zylinder 3 zur Folge hat, insgesamt aber der Summenmoment aller Zylinder 3 nicht verändert.
Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß auch andere Möglichkeiten denkbar sind, mit denen die Brennkraftmaschine 1 beeinflußt werden kann. Wesentlich ist, daß die abgegebenen Momente aufeinanderfolgender Zylinder verändert werden.
In einem Block 53 werden dann Laufunruhewerte der einzelnen Zylinder 3 ermittelt. Entsprechend dem Drehmomentmuster handelt es sich dabei um sogenannte Laufunruhemuster.
Bei diesen Laufunruhewerten kann es sich um jegliche Werte handeln, die die Laufunruhe bzw. die Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 kennzeichnen. Beispielsweise ist es möglich, der Brennkraftmaschine 1 einen Sensor zuzuordnen, der die Laufunruhe oder die Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 erfaßt. Ebenfalls ist es möglich, daß die Laufunruhe der Brennkraftmaschine 1 aus anderen, insbesondere bereits vorliegenden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 ermittelt wird. Insbesondere ist es möglich, daß die Laufunruhe aus der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 errechnet wird.
Die Laufunruhe bzw. Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 stellt ein Maß für Änderungen des Ist-Moments Md der - 16 -
Brennkraftmaschine 1 dar. Insbesondere stellt die Laufunruhe bzw. Laufruhe ein Maß für Drehmσmentunterschiede zwischen nacheinander gezündeten Zylindern 3 der Brennnkraftmaschine 1 dar. Zu diesem Zweck ist es möglich, daß die Laufunruhe bzw. die Laufruhe den einzelnen Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet werden kann.
Nachfolgend ist ein Verfahren zur Ermittlung der Laufunruhe bzw. Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 erläutert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieses beschriebene Verfahren nur beispielhaften Charakter hat und durch beliebige andere Verfahren zur Bestimmung der Laufunruhe bzw. Laufruhe ersetzt und/oder ergänzt werden kann.
Zur Ermittlung der Laufunruhe der Brennkraftmaschine 1 werden Segmentzeiten ts während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 gemessen. Dabei wird bei jeder Verbrennung eine Segmentzeit ts gemessen. Jede Verbrennung erhält eine Nummer n und die zugehörige Segmentzeit wird entsprechend mit ts (n) gekennzeichnet. Als Segment wird beispielsweise ein Kurbelwellenwinkel von 360 Grad dividiert durch die halbe Zylinderanzahl gewählt und jedem der Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet . Insbesondere ist es möglich, das Segment symmetrisch zum oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders 3 anzuordnen.
Die verbrennungsabhängigen Segmentzeiten ts (n) werden beispielsweise mit Hilfe eines Sensors erfaßt, der die Zeitdauer für das Vorbeibewegen des jeweiligen Segments an einem Bezugspunkt mißt. Bei dem Sensor kann es sich dabei insbesondere um den Drehzahlsensor 15 handeln. Die von dem Sensor gemessenen Segmentzeiten ts (n) stellen gleichzeitig Drehzahlinformationen dar, aus denen für den jeweiligen Zylinder 3 der Verlauf der Drehzahl und damit auch Drehzahlschwankungen ableitbar sind.
Durch Vergleichs- und gegebenenfalls Adaptionsfunktionen ist es möglich, systembedingte DrehzahlSchwankungen zu ermitteln und bei der Berechnung der Laufunruhe zu kompensieren bzw. - 17 -
unberücksichtigt zu lassen. Dabei kann es sich beispielsweise um Fertigungstoleranzen oder Schwingungen oder dergleichen handeln. Derart kompensierte Segmentzeiten tsk(n) sind damit im wesentlichen nur noch von zylinderindividuellen DrehmomentSchwankungen abhängig.
Aus diesen kompensierten Segmentzeiten tsk(n) wird der Laufunruhewert beispielsweise wie folgt berechnet:
lut(n) = (tsk(n+l) - tsk(n) / tsk(n)3).
Durch eine Zuordnung der entsprechend der Verbrennungen n durchnumerierten Laufunruhewerte lut(n) zu den beispielsweise z Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 entstehen pro Arbeitsspiel j zylinderindividuelle
Laufunruhewerte lut(z, j). Diese Laufunruhewerte lut(z, j) können mittels entsprechender Algorithmen gefiltert werden. Beispielsweise ist es möglich, zur Unterdrückung von stochastischen Störungen eine Tiefpaßfilterung durchzuführen. Derart gefilterte, zylinderindividuelle Laufunruhewerte flut(z, j) stellen das erwähnte Maß für Drehmomentunterschiede zwischen nacheinander gezündeten Zylindern 3 der Brennnkraftmaschine 1 dar.
Sind in dem Block 53 beispielsweise nach dem beschriebenen
Verfahren Laufunruhewerte lut (n) und/oder lut(z, j) und/oder flut(z, j) ermittelt worden, werden diese Werte in dem nachfolgend beschriebenen Verfahren weiterverwendet . Wie bereits erwähnt, können aber auch anders ermittelte Laufunruhewerte bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren entsprechend zur Anwendung kommen.
Die letztlich verwendeten Laufunruhewerte beziehen sich, wie erwähnt, auf einen bestimmten Betriebspunkt des Schichtbetriebs und sind deshalb in der Figur 5 als LUTS bezeichnet .
In einem späteren Zeitpunkt befindet sich die Brennkraftmaschine 1 in einem dem vorgenannten Betriebspunkt des Schichtbetriebs entsprechenden Betriebspunkt des Homogenbetriebs. Dies wird von dem Steuergerät 16 erkannt, was in der Figur 5 durch den Pfeil 54 angedeutet ist. Die Brennkraftmaschine 1 befindet sich somit in dem Block 55 in dem genannten entsprechenden Betriebspunkt des stationären Homogenbetriebs .
Ist dies der Fall, so wird in einem Block 56 dasselbe Drehmomentmuster der Brennkraftmaschine 1 eingeprägt, wie dies bei dem entsprechenden Betriebspunkt des stationären Schichtbetriebs in dem Block 52 eingeprägt worden ist. Während im Block 52 hierzu die Kraftstoffmasse rk verstellt worden ist, kann nunmehr im Block 56 hierzu der Zündwinkel ZW bzw. der Zündzeitpunkt verändert werden.
In einem Block 57 werden Laufunruhewerte der einzelnen Zylinder 3 ermittelt. Entsprechend dem Drehmomentmuster handelt es sich dabei um sogenannte Laufunruhemuster.
Diese Laufunruhewerte werden auf dieselbe Art und Weise ermittelt, wie dies im Zusammenhang mit dem Block 53 bereits erläutert worden ist. Sind Laufunruhewerte lut (n) und/oder lut(z, j) und/oder flut(z, j) ermittelt worden, werden diese Werte in dem nachfolgend beschriebenen Verfahren weiterverwendet. Wie bereits erwähnt, können aber auch anders ermittelte Laufunruhewerte bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren entsprechend zur Anwendung kommen.
Die letztlich verwendeten Laufunruhewerte beziehen sich, wie erwähnt, auf einen bestimmten Betriebspunkt des
Homogenbetriebs und sind deshalb in der Figur 5 als LUTh bezeichnet .
Die Ermittlung der Laufunruhewerte LUTS und LUTh kann auch in umgekehrter Reihenfolge stattfinden, so daß also zuerst die Blöcke 55, 56 und 57 und danach erst die Blöcke 51, 52 und 53 durchlaufen werden. In diesem Fall verläuft der Pfeil 54 vom Ausgang des Blocks 57 zum Eingang des Blocks 51. - 19 -
Liegen die Laufunruhewerte LUTS und LUTh vor, so wird das Verfahren mit einem Block 59 fortgesetzt. Dies ist durch die beiden Pfeile 58 angedeutet.
In dem Block 59 wird aus den beiden Laufunruhewerte LUTS und
LUTh ein Maß für eine Momentendifferenz Md ermittelt. Dies ist nachfolgend anhand der Figur 6 erläutert.
In der Figur 6 ist ein Zeitdiagramm der beiden Laufunruhewerte LUTS und LUTh eines Zylinders 3 dargestellt.
Es ist ersichtlich, daß sich der Laufunruhewert LUTS hinsichtlich seiner Größe von dem Laufunruhewert LUTh unterscheidet. Dieser Unterschied basiert auf unterschiedlichen Momenten, die die Brennkraf maschine 1 in den einander entsprechenden Betriebspunkten im
Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb erzeugt. Der Unterschied stellt also ein Maß für die Momentendifferenz Md zwischen den beiden Betriebsarten dar. Es gilt hierbei:
Md = k * (LUTε - LUT ,
mit k = brennkraftmaschinenabhängiger Proportionalitätsfaktor .
Diese Momentendifferenz Md wird in dem Block 59 von dem
Steuergerät 16 ermittelt. Dabei ist es gegebenenfalls erforderlich, weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu berücksichtigen. Ebenfalls ist es gegebenenfalls erforderlich, diese Berechnung über die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 1 zu adaptieren.
In einem nachfolgenden Block 60 wird die Brennkraftmaschine 1 derart beeinflußt, daß die Momentendifferenz Md möglichst klein oder gar Null wird. Es werden also die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 derart verändert, daß die Momentendifferenz Md kleiner wird.
Zu diesem Zweck werden die Betriebsgrößen in einer der beiden Betriebsarten oder gegebenenfalls auch in beiden - 20 -
Betriebsarten beeinflußt. Im Schichtbetrieb kann beispielsweise die dem Brennraum 4 zugeführt Kraftstoffmasse rk verändert werden. Im Homogenbetrieb kann beispielsweise die Spätverstellung des Zündwinkels ZW bzw. des Zündzeitpunkts verändert werden.
Sind nach dem Verfahren der Figur 5 Änderungen des Ist- Moments Md der Brennkraftmaschine 1, also Momentendifferenzen Md während des Umschaltvorgangs erkannt worden, so werden, wie beschrieben, in dem Block 60
Gegenmaßnahmen eingeleitet . Bei diesen Gegenmaßnahmen handelt es sich um Veränderungen der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1, mit denen das Ist-Moment Md der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt wird.
Bei festgestellten Drehmomentänderungen zwischen den Bereichen A und D wird im Bereich A die in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoffmasse rk derart vermindert oder erhöht, daß die festgestellten Drehmomentänderungen geringer werden. Alternativ oder additiv ist es möglich, bei festgestellten Drehmomentänderungen zwischen den Bereichen A und D im Homogenbetrieb die Luftmasse rl und/oder die Kraf stoffmasse rk und/oder gegebenenfalls den Zündwinkel ZW bzw. den Zündzeitpunkt zu verstellen, so daß die Drehmomentänderungen vermindert werden. Bei festgestellten Drehmomentänderungen zwischen den Bereichen A und D handelt es sich um statische Drehmomentänderungen, die durch adaptive Änderungen der jeweils genannten Betriebsgrößen bleibend korrigiert werden können.
Bei einem UmsehaltVorgang vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb nach der Figur 4 wird bei festgestellten Drehmomentänderungen in den Bereichen A und D die Luftmasse rl bzw. die Füllung und/oder die Kraftstoffmasse rk verstellt, so daß die Drehmomentänderungen vermindert werden. Additiv oder alternativ ist es möglich, bei festgestellten Drehmomentänderungen in den Bereichen A und D die in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoffmasse rk derart zu vermindern oder zu erhöhen, daß die festgestellten - 21 -
Drehmomentänderungen geringer werden. Bei festgestellten Drehmomentänderungen zwischen den Bereichen A und D handelt es sich um statische Drehmomentänderungen, die durch adaptive Änderungen der jeweils genannten Betriebsgrößen bleibend korrigiert werden können.
Die genannten Beeinflussungen von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zur Kompensation von Laufunruhen bzw. eines Ruckeins während eines Umschaltvorgangs können sofort vorgenommen werden, so daß gegebenenfalls noch eine Wirkung während des aktuellen Umsehal Vorgangs auftritt . Es ist aber ebenfalls möglich, daß die Beeinflussungen derart ausgeführt werden, daß eine Wirkung erst bei dem nächsten UmsehaltVorgang vorhanden ist.
Bei adaptiven Maßnahmen ist es möglich, daß die Betriebsgrößen der jeweiligen Betriebsart auf der Grundlage einer einzigen Ermittlung der Momentenänderung Md für einen bestimmten Betriebspunkt verändert werden. Ebenfalls ist es möglich, daß hierzu Momentenänderungen von mehreren Betriebspunkten oder auch von allen Betriebspunkten herangezogen werden.

Claims

22Patentansprüche
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, bei dem zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet wird, und bei dem die das Ist -Moment (Md) der
Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll -Moment (mdsoll) in den beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Ist- Moments (Md) während eines UmsehaltVorgangs erkannt wird
(Fig. 5) , und daß in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen beeinflußt wird (60) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ist-Moment (Md) vor und nach einem UmsehaltVorgang ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Ist-Moments (Md) in Abhängigkeit von der erfaßten Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine erkannt wird (53, 57).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Laufunruhewerte für die einzelnen Zylinder (3) erkannt werden (53, 57) .
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Betriebsarten in einem einander entsprechenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) zumindest eine der - 23 -
das Ist- Verfahren nach Moment (Md) beeinflussenden Betriebsgrößen verändert wird (52, 56), und daß danach mindestens einer der Laufunruhewerte der ersten Betriebsart mit mindestens einem der Laufunruhewerte der zweiten Betriebsart verglichen wird (59) .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsgröße zylinderspezifisch derart verändert wird (52, 56), daß sich das abgegebene Moment aufeinanderfolgender Zylinder (3) verändert, daß aber das Summenmoment aller Zylinder (3) gleich bleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das von einem der Zylinder (x) abgegebene Moment verringert wird, und daß die von den anderen Zylindern (3) abgegebenen Momente anteilig erhöht werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Betriebsarten jeweils ein Laufunruhewert (LUTS, LUTn) erkannt wird, die danach miteinander verglichen werden (59) .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vergleich (59) der beiden Laufunruhewerte (LUTS, LUT eine Drehmomentdifferenz (ΔMd) erkannt wird.
10 Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Vergleich (59) die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) beeinflußt werden .
11 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen adaptiv durchgeführt wird.
12 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsmodelle der beiden Betriebsarten adaptiv aneinander angeglichen werden. 24
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen erst für den nächsten UmsehaltVorgang durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Betriebsart die eingespritzte Kraftstoffmasse (rk) insbesondere im Sinne einer Erhöhung beeinflußt wird.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart die Luftmasse
(rl) und/oder die Kraftstoffmasse (rk) beeinflusst werden.
16. 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 und zur Ausführung eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 geeignet ist.
17. 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 Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment (Md) der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment (mdsoll) , dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Ist-Moments (Md) während eines Umschaltvorgangs von dem Steuergerät (16) ermittelbar ist (Fig. 5), und daß in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen von dem Steuergerät (16) beeinflußbar ist (60) .
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