WO1999067523A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO1999067523A1
WO1999067523A1 PCT/DE1999/001724 DE9901724W WO9967523A1 WO 1999067523 A1 WO1999067523 A1 WO 1999067523A1 DE 9901724 W DE9901724 W DE 9901724W WO 9967523 A1 WO9967523 A1 WO 9967523A1
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Hartmut Bauer
Dieter Volz
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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 an internal combustion engine, in particular 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 between the two
  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with an injection valve with which fuel can be 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 delivered torque of the internal combustion engine as a function of a requested torque.
  • Systems of this type for the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine are generally known. A distinction is made between what is known as stratified charge operation as the first operating mode and homogeneous operation as the second operating mode. Stratified charge operation is used in particular for smaller loads, while homogeneous operation is used for larger loads applied to the internal combustion engine.
  • 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 be different
  • stratified charge operation lies in the fact that there the small loads can be carried out by the internal combustion engine with a very small amount of fuel.
  • stratified charge operation cannot fulfill larger loads
  • 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 necessary, homogeneous 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 controlled and / or regulated by the 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 controlled and / or regulated as a function of a plurality of further operating variables to an optimum value with regard to fuel savings, exhaust gas reduction and the like.
  • the control and / or regulation is different in the two operating modes.
  • the object of the invention is a method for operating to create an internal combustion engine that enables a constant torque switch from the second to the first operating mode.
  • This task is carried out in a process or in a
  • the stratified charge operation is controlled and / or regulated on the basis of the control and / or regulation of the homogeneous operation.
  • the fuel mass to be injected in the first operating mode is dependent on a lambda
  • Controller factor of the second operating mode determined. This is one of a number of possibilities with which a constant torque can be achieved when switching from homogeneous operation to stratified charge operation.
  • the lambda controller factor is changed by means of a time and / or speed-dependent characteristic curve.
  • the lambda controller factor of the second operating mode is stored. This represents a measure that enables a constant-torque switch from stratified charge mode back to homogeneous mode.
  • the fuel mass to be injected in the first operating mode is determined as a function of an intake air temperature and / or an ambient pressure. This can be used to switch from
  • Homogeneous operation in stratified charge operation can be further improved in terms of a constant torque.
  • Fuel mass determined depending on the requested torque It is particularly advantageous if the requested torque is changed by means of a speed-dependent characteristic curve and / or if the requested one Moment is changed depending on a specific calorific value of the fuel and / or an efficiency of combustion of the internal combustion engine in the first operating mode.
  • 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 inventive device Internal combustion engine of a motor vehicle
  • Figure 2 shows a schematic flow diagram of a
  • Figure 3 shows a schematic flow diagram of a
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 is shown, o • in which a piston 2 reciprocating in a cylinder 3 and is movable.
  • 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. Furthermore, an injection valve 8 that can be controlled with a signal TI and a spark plug 9 that can be controlled with a signal ZW are assigned to the combustion chamber 4.
  • 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 L 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.
  • 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.
  • throttle valve 12 In a first operating mode, the stratified charge mode of internal combustion engine 1, throttle valve 12 is opened wide.
  • the fuel is injected into the combustion chamber 4 by the injection valve 8 during a compression phase caused by the piston 2 locally in the immediate vicinity of the spark plug 9 and at a suitable distance in time before the ignition time. 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 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 thus essentially evenly distributed in the combustion chamber 4.
  • the fuel / air mixture is then compressed during the compression phase in order to then be ignited by the spark plug 9.
  • 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.
  • Fuel mass is controlled and / or regulated by a control unit 16, in particular with regard to low fuel consumption and / or low pollutant development.
  • the control device 16 is equipped with a Microprocessor provided, which has stored a program in a storage medium, in particular in a read-only memory, which is suitable for carrying out said control and / or regulation.
  • the control unit 16 is acted upon by input signals which represent operating variables of the internal combustion engine measured by means of sensors.
  • 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.
  • control unit 16 generates output signals with which over
  • Actuators the behavior of the internal combustion engine are influenced in accordance with the desired control and / or regulation.
  • the control device 16 with the injection valve 8, the spark plug 9 and the throttle valve 12 are influenced in accordance with the desired control and / or regulation.
  • the control device 16 with the injection valve 8, the spark plug 9 and the throttle valve 12 are influenced in accordance with the desired control and / or regulation.
  • the control device 16 uses the control method described below with reference to FIGS. 2 and 3
  • FIGS. 2 and 3 represent functions of the method, for example in the form of software modules or the like in the control unit 16
  • moment coordination is carried out in a block 20.
  • a so-called indexed torque mi is determined, which represents the entire torque required by the internal combustion engine 1.
  • the input-side torque requirements can be, for example, the signal FP, which is generated by the driving pedal sensor 17 and which represents the torque requested by the driver.
  • the indicated torque mi is fed to a charge control and / or regulation 21, which generates a signal DKhom depending on the indicated moment mi and possibly a further number of operating variables of the internal combustion engine 1, which serves to control the throttle valve 12 in homogeneous operation.
  • the throttle valve 12 is influenced in such a way that the desired torque is influenced by the
  • Internal combustion engine 1 is generated and delivered.
  • the signal DKhom is fed to a fuel control and / or control 22, which is a function of the signal DKhom and of further operating variables of the
  • Internal combustion engine 1 generates a signal mkhom, which corresponds to the fuel mass to be injected by the injection valve 8 in homogeneous operation.
  • the other operating variables can be, for example, a lambda controller factor for the homogeneous operation LFho and adapted values AW, which are essential for the homogeneous operation.
  • a switch 23 is switched over to the position shown in FIG. 2 for the homogeneous operation.
  • the signals DKhom and mkhom are thus passed on as control signals DK and mk for the throttle valve 12 and for the injection valve 8.
  • the signal mk, ie the fuel mass to be injected, is also converted into a signal TI converted, with which the injection valve is then controlled.
  • control and / or regulation of the internal combustion engine 1 described so far corresponds to the control and / or regulation used in known internal combustion engines that are only operated in homogeneous operation.
  • the switch 23 is switched to the position shown in FIG. 2.
  • a throttle valve control and / or regulation 24 is provided which, depending on the operating parameters of the internal combustion engine 1, gives a signal if necessary
  • the DK layer generates a signal DK which is passed on to the throttle valve 12 as a signal DK.
  • This signal DK Anlagen serves to set the throttle valve 12 in stratified charge mode.
  • the throttle valve control and / or control 24 can be, for example, a characteristic curve with which the signal DKlayer is determined as a function of the rotational speed. It is also possible that the signal DK ist is controlled and / or regulated depending on a differential pressure across the throttle valve 12. It is essential that the throttle valve 12 is opened so far in stratified charge operation that the internal combustion engine 1 is slightly dethrottled to completely can run dethrottled.
  • a correction block 25 is provided in FIG. 2, which, depending on the indicated torque mi and a plurality of further input variables, generates a signal mk Mrs which represents the fuel mass to be injected in the stratified charge flow. If the switch 23 is in the position for stratified charge operation, the signal mk Mrs is passed on to the injection valve 8 as the fuel mass mk to be injected.
  • the indicated torque mi is fed to a ⁇ target layer characteristic field 26, which is also acted upon by the speed N of the internal combustion engine 1.
  • the ⁇ -target-layer-K ⁇ nnf ⁇ ld 26 generates a signal ⁇ £ Cli £ ch h- depending on the indicated torque mi and the speed N, which serves to correct the throttling of the internal combustion engine 1 that is necessary due to, for example, exhaust gas recirculation or tank ventilation.
  • a throttling effect affects the torque generated and the air / fuel ratio. With the signal ⁇ target layer . this influence is compensated in particular in the sense of a constant torque when switching from homogeneous operation to stratified charge operation.
  • the correction block 25 is shown in detail in FIG. 3.
  • the signal ⁇ nominal layer , the indicated torque mi, the adapted values AW for the homogeneous operation, the lambda controller factor LFho for the homogeneous operation, an intake air temperature ALT and an ambient pressure UD are fed to the correction block 25.
  • Lamda controller factor LFhom for homogeneous operation is switched after switching to stratified charge mode saved and thus frozen. Independently of this, this lambda regulator factor LFhom is used as a correction variable in the fuel mass calculation for stratified charge operation according to FIG. 3.
  • the lambda control factor LFhom is fed to a characteristic curve 27, which influences the time and / or speed-dependent influence thereon. This is necessary in particular if the known control and / or regulation for the homogeneous operation contributes
  • Lastw ⁇ chs ⁇ ln requires an initial value for the lambda control after a switch back into the Homog ⁇ nb ⁇ tri ⁇ b.
  • the changed lambda controller factor is then used as the initial value after switching over to homogeneous operation.
  • the lambda R factor factor LFhom it is also possible for the lambda R factor factor LFhom to be maintained in stratified charge mode. In this case, a larger or smaller fuel mass to be injected can be caused by changes in the injection valve 8.
  • the output signal of the characteristic curve 27 is multiplicatively combined with the adapted values AW, the ambient pressure UD and the intake air temperature ALT in accordance with FIG. 3 to form a signal F.
  • the signal ⁇ E0llschi _ ht is divided by the result of these multiplications.
  • the result of this division is fed to a block 28 of FIG. 3, which serves to take into account the difference in the efficiencies of the homogeneous operation and the stratified charge operation.
  • a correction factor Fcorr is calculated from the division result of ⁇ sollschich , / F using a characteristic curve determined, which represents the difference in efficiency mentioned between the homogeneous strain and the stratified charge mode. This correction factor Fcorr is subsequently used to correct the fuel mass to be injected in stratified charge mode.
  • the fuel mass to be injected is calculated from the indicated moment mi in a block 29, specifically according to the equation K * mi / ⁇ v ⁇ rbr * Hu.
  • the output signal of block 29, that is to say the fuel mass to be injected per se, is then multiplied by the correction value Fcorr.
  • the output signal of block 29, which has previously only taken into account the efficiency of stratified charge operation, is thereby corrected as a function of the explained difference in efficiency between homogeneous operation and stratified charge operation.
  • the fuel mass mk Mrs to be injected in stratified charge operation results from this.
  • this signal mk Anlagen is passed on to the injection valves 8 as a fuel mass mk to be injected by the switch correspondingly changed in the stratified charge mode.

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Abstract

Es ist eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mit einem Einspritzventil (8) versehen ist, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) einspritzbar ist. Es ist ein Steuergerät (16) vorgesehen zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das abgegebene Moment der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem angeforderten Moment (mi). Durch das Steuergerät (16) ist die in der ersten Betriebsart einzuspritzende Kraftstoffmasse in Abhängigkeit von den den Einspritzungen der zweiten Betriebsart zugrundeliegenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) ermittelbar.

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 abgegebene Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem angeforderten Moment in den beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraf fahrzeug, mit einem Einspritzventil, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das abgegebene Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem angeforderten Moment . Derartige Systeme zur direkten Einspritzung von Kraftstoff m den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt Es wird dabei als erste Betriebsart ein sogenannter Schichtladungsbetrieb und als zweite Betriebsart e n sogenannter Homogenbetrieb unterschieden. Der Schichtladungsbetrieb wird insbesondere bei kleineren Lasten verwendet, während der Homogenbetrieb bei größeren, an der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten zur Anwendung kommt .
Im Schichtladungsbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine m den Brennraum derart eingespritzt, daß sich im Zeitpunkt der Zündung eine Kraftstoffwölke m unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze befindet . Diese Einspritzung kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen So ist es möglich, daß die eingespritzte Kraftstoff ölke sich bereits wahrend bzw. unmittelbar nach der Einspritzung bei der Zündkerze befindet und von dieser entzündet wird Ebenfalls ist es möglich, daß die eingespritzte Kraftstoffwolke durch e ne Ladungsbewegung zu der Zündkerze gefuhrt und dann erst entz ndet wird Bei beiden Brennver ahren liegt keine gleichmäßige KraftstoffVerteilung vor, sondern eine Schichtladung
Der Vorteil des Schichtladungsbetriebs 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 Schichtladungsbetrieb erfüllt werden
Im für derartige größere Lasten vorgesehenen Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt, so daß eine Vεrwirbεlung 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 Schichtladungsbetrieb 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 Schichtladungsbetrieb 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.
Bei der Steuerung und/oder Regelung direkteinspritzender Brennkraftmaschinen muß jede der beiden Betriebsarten separat berücksichtigt werden. Ebenfalls muß gewährleistet werden, daß bei der Umschaltung insbesondere von dem
Homogenbetrieb in den Schichtladungsbetrieb das von der Brennkraftmaschine abgegebene Moment konstant bleibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das eine momentenkonstante Umschaltung von der zweiten in die erste Betriebsart ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. bei einer
Brennkraftmaschine der eingangs genannten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in der ersten Betriebsart einzuspritzende Kraftstoffmasse in Abhängigkeit von den den Einspritzungen der zweiten Betriebsart zugrundeliegenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt wird bzw. ermittelbar ist.
Durch die Verwendung von Betriebsgrößen des Homogenbetriebs bei der Steuerung und/oder Regelung des Schichtladungsbetriebs wird die Möglichkeit geschaffen, daß beim Umschalten von dem Homogenbetrieb in den Schichtladungsbetrieb ein Umschaltruck aufgrund von Momentenunterschieden vermieden werden kann. Damit wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine und der Komfort für den Fahrer des Kraftfahrzeugs erhöht.
Des weiteren erfolgt die Steuerung und/oder Regelung des Schichtladungsbetriebs auf der Grundlage der Steuerung und/oder Regelung des Homogenbetriebε . Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Steuerung und/oder Regelung des Homogenbetriebs , insbesondere die dazu erforderlichen Softwaremodule oder dergleichen, von bekannten Brennkraftmaschinen übernommen werden können, die nur im Homogenbetrieb betrieben werden. Es ist somit nur erforderlich, die Steuerung und/oder Regelung für den neu hinzukommenden Schichtladungsbetrieb zu erstellen Diese Steuerung und/oder Regelung wird dann auf die bekannten Softwaremodule "aufgesetzt", so daß insgesamt eine Steuerung und/oder Regelung für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine entsteht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die in der ersten Betriebsart einzuspritzende Kraftstoffmasse in Abhängigkeit von einem Lambda-
Reglerfaktor der zweiten Betriebsart ermittelt. Dies ist eine von einer Mehrzahl von Möglichkeiten, mit denen eine Momentenkonstanz beim Umschalten von dem Homogenbetrieb in den Schichtladungsbetrieb erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lambda-Reglerfaktor mittels einer zeit- und/oder drehzahlabhängigen Kennlinie verändert wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Lambda-Reglerfaktor der zweiten Betriebsart gespeichert. Dies stellt eine Maßnahme dar, die ein momentenkonstantes Umschalten von dem Schichtladungsbetrieb zurück in den Homogenbetrieb ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die in der ersten Betriebsart einzuspritzende Kraftstoffmasse in Abhängigkeit von einer Ansauglufttemperatur und/oder einem Umgebungsdruck ermittelt. Damit kann die Umschaltung von dem
Homogenbetrieb in den Schichtladungsbetrieb im Sinne einer Momentenkonstanz weiter verbessert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die in der ersten Betriebsart einzuspritzende
Kraftstoffmasse in Abhängigkeit von dem angeforderten Moment ermittelt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das angeforderte Moment mittels einer drehzahlabhängigen Kennlinie verändert wird, und/oder wenn das angeforderte Moment in Abhängigkeit von einem spezifischen Heizwert des Kraftstoffs und/oder einem Wirkungsgrad der Verbrennung der Brennkraftmaschine in der ersten Betriebsart verändert wird.
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 Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Figur 1 zeigt ein schematischeε Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 5 der Figur 1 , und
Figur 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines
Teils des Verfahrens der Figur 2 im Detail.
In der Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, • o 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 15 Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal ZW ansteuεrbare Zündkerze 9 zugeordnet.
Das Ansaugrohr 6 ist mit einem Luftmassensensor 10 und das Abgasrohr 7 kann mit einem Lambda-Sensor 11 versehen sein.
20 Der Luftmassensensor 10 mißt die Luftmasse der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal L . Der Lambda-Sensor 11 mißt den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal λ.
25
In dem Ansaugrohr 6 ist eine Drosselklappe 12 untergebracht, deren Drehstellung mittels eines Signals DK einstellbar ist.
30 In einer ersten Betriebsart, dem Schichtladungsbetrieb 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 unmittelbarε 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 erwünschtεn, zugeführten Luftmasse teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 8 währεnd 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 wesεntlichen gleichmäßig verteilt. Danach wird das Kraftstoff/Luft -Gemisch während der Verdichtungsphasε vεrdichtεt, um dann von der Zündkerze 9 entzündet zu werdεn. Durch diε Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben.
Im Schichtladungsbetrieb wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen Kolben eine Kurbelwelle 14 in eine Drehbewεgung 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 Schichtladungsbetriεb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzte
Kraftstof masse wird von einem Steuergerät 16 insbesondere im Hinblick auf einen geringεn Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuεrgerät 16 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondεre in einem Read-Only-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genanntε Stεuerung und/oder Regelung durchzuführen.
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Das Steuergerät 16 ist von Eingangsεignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine darstellen. Beispielsweisε ist das Steuergerät 16 mit dem Luftmassensensor 10, dem Lambda-
' ι Sensor 11 und dem Drehzahlsensor 15 verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 16 mit einem Fahrpedalsensor 17 vεrbunden, der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit das von dem Fahrer angeforderte Moment angibt . Das
15 Steuergerät 16 erzeugt Ausgangssignale, mit denen über
Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflußt werdεn ann. Bεispielsweise ist das Steuergεrät 16 mit dem Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und der Drosselklappe 12
20 verbunden und erzeugt die zu derεn Anstεuerung erforderlichen Signale TI , ZW und DK.
Von dem Steuergerät 16 wird das nachfolgend anhand dεr Figuren 2 und 3 beschriebene Verfahren zur Steuεrung
25 und/oder Regεlung eines Homogenbεtriebs und eines
Schichtladungsbetriebs durchgeführt. Die in den Figuren 2 und 3 gezεigtεn Blöckε stellen dabei Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in der Form von Softwaremodulεn oder dergleichen in dem Steuergerät 16
30 realisiert sind.
In der Figur 2 wird in einem Block 20 eine Momentenkoordination durchgeführt. Dies bedεutet , daß aus einer Mehrzahl von eingangsseitigen Momentenanforderungen ein sogenanntes indiziertes Moment mi ermittelt wird, das das gesamte, von der Brennkraftmaschine 1 gefordertε Moment darstellt. Bei den eingangsseitigen Momentεnanforderungen kann es sich beispielsweise um das Signal FP handeln, das von dem Fahrpεdalsεnsor 17 εrzεugt wird, und das das von dem Fahrer angeforderte Moment darstellt .
Das indizierte Moment mi ist einer Füllungssteuerung und/oder -regεlung 21 zugεführt, die in Abhängigkeit von dem indizierten Moment mi und gegebenenfalls einεr Mεhrzahl weiterεr Betriεbsgrößεn dεr Brennkraftmaschine 1 ein Signal DKhom erzεugt, das dεr Ansteuerung der Drosselklappε 12 im Homogεnbεtrieb dient. Mit Hilfe der Füllungsstεuerung und/oder -regelung 21 wird die Drosselklappe 12 derart beeinflußt, daß das erwünschte Moment von der
Brennkraftmaschine 1 erzeugt und abgegeben wird.
Das Signal DKhom ist einεr Kraftstoffstεuεrung und/oder - regelung 22 zugeführt, die in Abhängigkeit von dem Signal DKhom und von weiterεn Bεtriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 ein Signal mkhom erzeugt, das der von dem Einspritzventil 8 einzuspritzenden Kraftstoffmasse im Homgenbetrieb entspricht. Bei den weiteren Betriebsgrößεn kann es sich beispielsweisε um εinen Lambda-Reglerfaktor für den Homogenbetriεb LFho und um adaptierte Werte AW handεln, diε für den Homogenbetrieb wesentlich sind.
Befindεt sich diε Brennkraftmaschinε 1 im Homogenbεtrieb, so wird ein Schalter 23 in die in der Figur 2 dargestellte Stellung für den Homogenbεtriεb umgeschaltet. Damit werden die Signale DKhom und mkhom als Ansteuersignale DK und mk für die Drosselklappe 12 und für das Einspritzventil 8 weitergεgεben. Das Signal mk, also die einzuspritzende Kraftstoffmasse, wird dabei noch in ein Signal TI umgεwandelt, mit dem dann das Einspritzventil angesteuert wird.
Der bisher beschriebene Aufbau der Steuerung und/oder Regelung dεr Brennkraftmaschine 1 entspricht derjenigen Steuerung und/oder Regelung, die bei bekannten Brennkraftmaschinen verwendet wird, die nur im Homogenbetrieb betrieben werden. Die dortigen bekannten Softwarεmodulε odεr dergleichen können daher bei der vorliegenden Steuerung und/oder Regelung übernommen und weitεrvεrwεndet werden.
Soll die beschriebene Brennkraftmaschine 1 im Schichtladungsbetrieb betrieben werden, so wird der Schalter 23 in die in der Figur 2 dargestεlltε Stεllung umgeschaltet .
In der Figur 2 ist eine Drosselklappensteuerung und/oder - regelung 24 vorgesehen, die gegebenεnfalls in Abhängigkεit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 ein Signal
DKschicht erzεugt, das übεr den Schalter 23 als Signal DK an diε Drossεlklappe 12 weitergegeben wird. Dieses Signal DKschicht dient der Einstellung der Drossεlklappε 12 im Schichtladungsbεtrieb .
Bei der Drosselklappensteuεrung und/odεr -regelung 24 kann es sich beispielsweise um eine Kennlinie handeln, mit der das Signal DKschicht in Abhängigkeit von der Drehzahl ermittelt wird. Ebenfalls ist es möglich, daß das Signal DKschicht in Abhängigkεit von einem Differεnzdruck über der Drosselklappe 12 gesteuert und/oder geregelt wird. Wesentlich ist, daß diε Drossεlklappε 12 im Schichtladungsbetrieb so weit geöffnεt ist, daß die Brennkraftmaschine 1 von leicht entdrosselt bis völlig entdrosselt laufen kann.
Ein Korrekturblock 25 ist in der Figur 2 vorgesεhen, der in Abhängigkeit von dem indizierten Moment mi und einer Mehrzahl weiterer Eingangsgrößen ein Signal mkschicht erzeugt, das die einzuspritzendε Kraftstoffmassε im Schichtladungsbεtriεb darstellt. Befindet sich der Schalter 23 in der Stellung für den Schichtladungsbetrieb, so wird das Signal mkschicht als einzuspritzεndε Kraftstoffmassε mk an das Einspritzvεntil 8 weitergegeben.
Das indizierte Moment mi ist einem λ-Soll-Schicht-Kennfεld 26 zugεführt, das ebenfalls mit der Drehzahl N der Brennkraftmaschinε 1 beaufschlagt ist. Das λ-Soll-Schicht- Kεnnfεld 26 εrzeugt ein Signal λ£Cli£ch h- in Abhängigkeit von dem indizierten Moment mi und der Drehzahl N, das der Korrektur einεr aufgrund bεispiεlswεise einer Abgasrückführung oder Tankentlüftung erforderlichen Drosselung der Brennkraftmaschinε 1 diεnt . Einε dεrartigε Drosselung wirkt sich auf das erzeugte Moment und auf das Kraftstoff/Luft-Verhältnis aus. Mit dem Signal λsollschicht. wird diεser Einfluß insbesondere im Sinne einεr Momεntεnkonstanz beim Umschalten von dem Homogenbεtrieb in den Schichtladungsbetrieb kompensiert .
Der Korrekturblock 25 ist im Detail in Figur 3 dargestellt. Dem Korrεkturblock 25 sind das Signal λsollschicht , das indizierte Moment mi , die adaptierten Werte AW für den Homogenbetriεb, der Lambda-Reglerfaktor LFho für den Homogenbεtrieb, einε Ansauglufttε pεratur ALT und εin Umgεbungsdruck UD zugeführt .
Der Lamda-Reglerf ktor LFhom für den Homogenbetrieb wird nach einem Umschalten in den Schichtladungsbεtrieb abgespeichert und damit eingefroren. Unabhängig davon wird dieser Lambda-Rεglεrfaktor LFhom als Korrekturgrößε bei der Kraftstoffmassenberεchnung für den Schichtladungsbetrieb entsprechend Figur 3 herangεzogen.
Nach der Figur 3 ist der Lamda-Reglεrfaktor LFhom εiner Kennlinie 27 zugeführt, die eine zeit- und/oder drεhzahlabhängige Beeinflussung dessεlbεn durchführt. Dies ist insbεsondεrε dann erforderlich, wenn die bekannte Steuεrung und/odεr Regεlung für den Homogenbεtriεb bei
Lastwεchsεln einen Anfangswert für die Lambdaregelung nach einer Rückschaltung in den Homogεnbεtriεb erfordert . Der veränderte Lambda-Reglerfaktor wird in diesem Fall dann als Anfangswert nach dem Umschalten in den Homogenbetrieb verwεndεt .
Es ist jedoch ebεnfalls möglich, daß der Lambda- Rεglεrfaktor LFhom im Schichtladungsbetrieb beibehalten wird. In diesem Fall kann eine größere oder kleinere einzuspritzende Kraftstoffmasse durch Veränderungεn an dεm Einspritzvεnil 8 hervorgεrufen werden.
Das Ausgangssignal der Kennlinie 27 wird mit den adaptiertεn Werten AW, dem Umgebungsdruck UD und der Ansauglufttemperatur ALT multiplikativ entsprεchend der Figur 3 zu einεm Signal F vεrknüpft . Mit dεm Ergebnis dieser Multiplikationen wird das Signal λE0llschi_ht dividiεrt . Das Ergεbnis dieser Division wird einem Block 28 der Figur 3 zugeführt, der der Berücksichtigung des Unterschieds der Wirkungsgrade des Homogenbetriebs und des Schichtladungsbetriebs dient .
In dem Block 28 wird mit Hilfe einer Kennlinie aus dem Divisionsergebnis von λsollschich,/F ein Korrekturfaktor Fkorr ermittelt, der den erwähnten Wirkungsgradunterschiεd zwischεn dem Homogenbεtriεb und dεm Schichtladungsbεtrieb darstellt. Diesεr Korrekturfaktor Fkorr wird nachfolgend zur Korrektur der im Schichtladungsbetrieb an sich einzuspritzenden Kraftstoffmasse vεrwendεt .
Diεsε an sich einzuspritzende Kraftstoffmasse wird nach der Figur 3 aus dem indizierten Moment mi in einem Block 29 berεchnet, und zwar nach der Gleichung K * mi / ηvεrbr * Hu .
Dabεi εntpsricht r/verbr dem Wirkungsgrad der Verbrεnnung im Schichtladungsbεtrieb, Hu dem spezifischen Heizwert des Kraftstoffs und K einer Konstanten.
Das Ausgangssignal des Blocks 29, also die an sich einzuspritzende Kraftstoffmasse, wird danach multiplikativ mit dεm Korrεkturwert Fkorr verknüpft . Das Ausgangssignal des Blocks 29, das bisher nur den Wirkungsgrad des Schichtladungsbetriebs berücksichtigt hat, wird dadurch in Abhängigkeit von dem erläuterten Wirkungsgradunterschied zwischen dem Homogenbetrieb und dem Schichtladungsbetrieb korrigiert. Es ergibt sich daraus die im Schichtladungsbetrieb einzuspritzende Kraftstoffmasse mkschicht. Wie bereits erwähnt, wird diesεs Signal mkschicht übεr den im Schichtladungsbetriεb εntsprechend umgestellten Schalter als einzuspritzende Kraftstoffmasse mk an die Einspritzventile 8 weitεrgegeben.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einεr Brennkraftmaschine (1) "0 insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entwedεr in εiner erstεn Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweitεn Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, bei dem zwischen den beiden 15 Betriεbsartεn umgeschaltet wird, und bei dem die das abgεgebenε Moment der Brennkraftmaschine (1) beεinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem angeforderten Moment (mi) in den beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder
20 geregelt werden, dadurch, gekennzeichnet, daß die in der εrstεn Betriebsart einzuspritzendε Kraftstoffmasse (mkschicht) in Abhängigkeit von den den Einspritzungen dεr zweiten Betriεbsart zugrundεliεgenden Bεtriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) 25 ermittelt wird.
2. Verfahrεn nach Anspruch 1, dadurch gekennzεichnet, daß die in der ersten Betriεbsart εinzuspritzεndε Kraftstoffmasse (mkschicht) in Abhängigkeit von einem
30 Lambda-Reglerfaktor (LFhom) der zweitεn Bεtriebεart ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gεkεnnzεichnεt , daß der Lambda-Reglerfaktor (LFhom) mittels einer zeit- und/oder drεhzahlabhängigen Kennlinie (27) verändεrt wird.
4. Verfahren nach einεm der Ansprüche 2 odεr 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lambda-Reglεrfaktor (LFhom) der zweiten Betriebsart gespeichert wird.
5. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der εrstεn Betriebsart einzuspritzεndε Kraftstoffmassε (mkschicht) in
Abhängigkεit von einer Ansauglufttemperatur (ALT) und/oder einεm Umgebungsdruck (UD) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der erstεn Bεtriεbsart einzuspritzende Kraftstoffmasse (mkschicht) in Abhängigkeit von dεm angεfordertεn Moment (mi) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzεichnet, daß das angeforderte Moment (mi) mittels εines drehzahlabhängigεn Kennfelds (26) verändεrt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekεnnzεichnet , daß das angεfordεrte Moment (mi) in
Abhängigkeit von einem spezifischεn Hεizwεrt (Hu) des Kraftstoffs und/oder einem Wirkungsgrad (ηverbr) dεr Verbrennung der Brennkraftmaschinε (1) in der ersten Betriebsart ermittεlt wird.
Steuerelelement, insbesondere Read-Only-Memory , für ein Steuergerät (16) einer Brennkraftmaschinε (1) insbεεondεre εines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einεm Mikroprozεssor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geεignεt ist.
5 10. Brennkraftmaschine (1) insbesondεre für ein
Kraftfahrzeug, mit einεm Einεpritzvεntil (8) , mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einεr Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einεr Ansaugphaεε direkt in einen
- o Brennraum (4) einεpritzbar ist, und mit εinεm
Stεuεrgerät (16) zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiεdlichεn Stεuεrung und/odεr Regelung in den beiden Betriebsarten der das abgegebεnε Momεnt der Brennkraftmaschine (1)
15 beeinflussendεn Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem angefordertεn Moment (mi) , dadurch gekennzεichnet, daß durch das Steuergerät (16) die in der ersten Betriebsart einzuspritzεnde Kraftstof fmasεe (mkschicht) in Abhängigkeit von den den Einspritzungen
20 der zweitεn Betriebsart zugrundeliεgenden
Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) ermittelbar ist.
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