WO2000009878A2 - Verfahren zum steuern einer brennkraftmaschine mit direkteinspritzung des kraftstoffs - Google Patents

Verfahren zum steuern einer brennkraftmaschine mit direkteinspritzung des kraftstoffs Download PDF

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WO2000009878A2
WO2000009878A2 PCT/DE1999/002546 DE9902546W WO0009878A2 WO 2000009878 A2 WO2000009878 A2 WO 2000009878A2 DE 9902546 W DE9902546 W DE 9902546W WO 0009878 A2 WO0009878 A2 WO 0009878A2
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Johann FRÖHLICH
Hong Zhang
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02D41/3076—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine with direct fuel injection, which can be operated both with a homogeneous air-fuel mixture and with a large excess of air to form a stratified air-fuel mixture.
  • DE 196 50 518 Cl discloses a method for controlling a direct-injection, spark-ignition internal combustion engine with an injection valve which is arranged in the cylinder head in such a way that the fuel is metered directly into the cylinder of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is operated either with a stratified air-fuel mixture, which is also referred to as stratified charge, or with a homogeneous air-fuel mixture, which is also referred to as homogeneous charge.
  • the fuel When operating with stratified charge, the fuel is only introduced into the cylinder under high pressure during the compression stroke in such a way that the mixture in the area of a spark plug is enriched to such an extent that reliable ignition is guaranteed, but the mixture is, however, strongly emaciated over the entire combustion chamber volume (Air ratio >> 1).
  • the fuel When the internal combustion engine is operated with a homogeneous mixture, the fuel is metered in during the intake tract, in which a high charge movement prevails, which ensures a homogeneous mixing of the fuel with the air in the cylinder before combustion. Switching from the operation with a homogeneous air-fuel mixture to the operation with a stratified air-fuel mixture takes place depending on the speed and a load size of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to provide an improved method for controlling an internal combustion engine with direct injection of the fuel, which is reliable and ensures operation of the internal combustion engine with high efficiency and at the same time low emissions.
  • the invention is characterized in that the switching from an operation with a stratified air-fuel mixture to an operation with a homogeneous air-fuel mixture and vice versa takes place depending on the air ratio.
  • the air ratio is the ratio of the air mass in the cylinder to a stoichiometric air mass at which there is complete combustion of the fuel mass in the cylinder.
  • An air ratio or an air-fuel ratio can be converted into the air ratio using corresponding conversion factors and are therefore equivalent to the air ratio.
  • the invention has the advantage that the formation of soot particles is efficiently prevented and that low-emission operation is ensured even when the ambient pressure varies greatly, as is the case, for example, when driving uphill.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a control device
  • FIG. 2 shows a block diagram of the control device
  • FIG. 3 shows a flow chart for determining the operating mode of the internal combustion engine to be controlled.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1 with a throttle valve 10 and an engine block 2, which has a cylinder 20 and a crankshaft 23.
  • a piston 21 and a connecting rod 22 are assigned to the cylinder 20.
  • the connecting rod 22 is connected to the piston and the crankshaft 23.
  • a cylinder head 3 is provided in which a valve train is arranged with at least one inlet valve 30 and one outlet valve 31.
  • the valve train comprises at least one camshaft, not shown, with a transmission device which transmits cam stroke to the inlet valve 30 or the outlet valve 31.
  • Devices for adjusting the valve lift times and the valve lift curve can also be provided.
  • an electromechanical actuator can also be provided which controls the course of the valve lift of the intake or exhaust valve 30, 31.
  • An injection valve 33 and a spark plug 34 are also introduced into the cylinder head 3.
  • the injection valve 33 is arranged so that the fuel directly into the combustion chamber of the
  • Cylinder 20 is metered.
  • the injection valve 33 can, however, also be arranged towards a mixing chamber of a mixture injector, which blows the air / fuel mixture from the mixing chamber directly into the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is shown in FIG. 1 with one cylinder, but can also comprise several cylinders.
  • An exhaust tract 4 with a catalyst 40 and an oxygen probe 41 is assigned to the internal combustion engine.
  • a Control device 6 is provided, to which sensors are assigned, which record different measured variables and each determine the measured value of the measured variable.
  • the control device 6 determines one or more control signals depending on at least one measured variable, each of which controls an actuator.
  • Sensors are a pedal position sensor 71, which detects a pedal position PV of the accelerator pedal 7, a throttle valve position sensor 11, which detects an opening degree of the throttle valve 10, an air mass meter 12, which detects an air mass flow, and / or an intake manifold pressure sensor 13, which detects an intake manifold pressure in the intake tract 1 , a first temperature sensor 14, which detects an intake air temperature, a speed sensor 24, which detects a rotational speed N of the crankshaft 23, a second temperature sensor 25, which detects a coolant temperature TCO, and the oxygen probe 41, which detects the residual oxygen content of the exhaust gas in the exhaust tract 4 and which assigns the measured value LAM_MES to the air ratio.
  • any subset of the sensors mentioned or additional sensors can be present.
  • the actuators each include an actuator and an actuator.
  • the actuator is an electromotive drive, an electromagnetic drive or another drive known to the person skilled in the art.
  • the actuators are designed as a throttle valve 10, as an injection valve 33, as a spark plug 34 or as a device for adjusting the valve lift of the intake or exhaust valves 30, 31. In the following, the actuators are referred to with the respectively assigned actuator.
  • the control device 6 is preferably designed as an electronic engine control. However, it can also comprise several control devices which are connected to one another in an electrically conductive manner, for. B. via a bus system. The function of the part of the control device 6 relevant to the invention is described below using the block diagram of FIG. 2 and the flow chart of FIG. 3.
  • an estimated value MAF_CYL of the air mass flow into the cylinder is calculated with a filling model of the intake tract 1 depending on the measured value MAF_MES of the air mass flow and other operating variables.
  • a filling model of the intake tract 1 is disclosed in WO 96/32579, the content of which is included in this regard.
  • a map KF1 is provided, from which a first contribution to a loss torque TQ_LOSS depending on the speed N, the estimated value MAF_CYL of the air mass flow in the cylinder 20 is determined.
  • the first contribution to the loss torque TQ_LOSS takes into account pump losses in the internal combustion engine and losses that occur due to friction at predetermined reference values for the coolant temperature TCO.
  • a second contribution to the loss torque is determined from a map KF2 depending on the coolant temperature TCO. The contributions of the loss torque TQ_LOSS are then added in a node VI.
  • a minimum and a maximum available torque is determined depending on the loss torque TQ_LOSS and the speed N. From the pedal position PV and the speed N it is determined what proportion of the available torque is requested by the driver. A desired torque TQI REQ is then determined from the proportion of the torque requested by the driver, the torque that can be made available and the loss torque TQ_LOSS. In a block B3, a setpoint TQI_SP of the torque is determined as a function of the desired torque TQI_REQ and other torque requests.
  • These torque requests are, for example, a torque TQI_CH requested to heat up the catalytic converter 41, a torque request TQI_ASC of an anti-slip control, a torque request TQI_N_MAX of a speed limitation function, the torque request TQI_MSR of an engine drag torque control or the torque request of a transmission control.
  • a setpoint THR_SP of the degree of opening of the throttle valve is set in a block B4 in a map KF3 when the internal combustion engine is operating with a stratified air-fuel mixture. This takes place additionally as a function of the speed N.
  • the setpoint THR_SP of the degree of opening of the throttle valve 10 can also be determined in block B4 using a dynamic model of the intake tract.
  • the setpoint THR_SP of the throttle valve opening degree is determined from the map KF3 'in the block B4'.
  • the values of the setpoint THR_SP of the degree of opening of the throttle valve stored in the map KF3 are essentially close to the maximum degree of opening of the throttle valve. However, they can also depend additionally on the exhaust gas recirculation rate to be set, the desired flushing of an activated carbon filter of a tank ventilation device or on an intake manifold pressure requirement of a brake booster.
  • a position is preferably Regier provided that regulates the actual value of the degree of opening of the throttle valve 10 to the target value THR_SP of the degree of opening of the throttle valve 10 via a corresponding actuator.
  • a second switch 62 is provided, the switch position of which depends on the variable H_S. If the variable H_S has the value one, a setpoint MFF_SP of the fuel mass to be injected into the cylinder 20 is determined in a block B5 from a map KF4 depending on the setpoint TQI_SP of the torque and the speed. The calculation of the target value MFF_SP of the fuel mass in block B5 can also be carried out taking into account further variables of the internal combustion engine.
  • the map KF4 is determined beforehand by measurements on an engine test bench or also by simulations for the operation of the internal combustion engine with a stratified air / fuel mixture and stored in a memory. In a map KF5, a setpoint TI_SP of the injection duration is then determined from a map KF5 depending on the setpoint MFF_SP of the fuel mass.
  • a setpoint LAM_SP of the air ratio is determined in block B5a as a function of the setpoint TQI_SP of the torque.
  • the setpoint MFF_SP of the fuel mass is determined as a function of the setpoint LAM_SP of the air ratio, the speed N and, if appropriate, further quantities of the internal combustion engine.
  • the map KF4 ' is determined in tests on an engine test bench or by simulations beforehand for the operation of the internal combustion engine with a homogeneous air / fuel mixture and is stored in the memory of the control device.
  • the setpoint TI_SP of the injection duration is then determined from a map KF5 'as a function of the setpoint MFF SP of the fuel mass determined from the map KF4'.
  • the injection valve 34 is controlled in accordance with the setpoint TI_SP of the injection period.
  • a first threshold value SW1 is determined from a map KF8 as a function of the rotational speed N and the coolant temperature TCO.
  • a second threshold value SW2 is determined from a map KF9 depending on the speed N and the coolant temperature TCO.
  • the threshold value SW1 and / or the threshold value SW2 is fixed or only dependent on the speed N or only dependent on the coolant temperature TCO.
  • Variables H_S determined For this purpose, a program is started in a step S1 (FIG. 3).
  • step S2 an estimated value LAM_EST of the air ratio is determined as a function of the estimated value MAF_CYL of the air mass flow into the cylinder, the target value MFF_SP of the fuel mass and a stoichiometric factor SP_FAC.
  • the air ratio can be estimated in real time with high accuracy using the available sizes.
  • the measured value LAM_MES of the air ratio can also be recorded instead of the estimated value. However, this can only be determined with a dead time.
  • a step S3 it is checked whether the estimated value LAM_EST of the air ratio is greater than the first threshold value SW1. If this is the case, it is checked in a step S4 whether the setpoint value TQI_SP of the torque is smaller than the second threshold value SW2. If this is the case, the variable H_S is assigned the value one in a step S5, and the internal combustion engine is thus operated with a stratified air / fuel mixture. If the conditions of step S3 and / or step S4 are not met, the variable H_S is assigned the value zero in a step S6. Accordingly, the internal combustion engine is then operated with a homogeneous air / fuel mixture. The program is then stopped in a step S7. The program is called either periodically or speed synchronously.
  • the value of the variable H_S can also depend on further operating variables of the internal combustion engine.
  • Characteristic maps are determined in advance by measurements on the engine test bench or by simulations and are stored in the memory of the control device.

Abstract

Eine Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung des Kraftstoffs wird mit einem geschichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben, wenn eine Bedingung erfüllt ist, die von dem Luftverhältnis abhängt. Sonst wird die Brennkraftmaschine mit einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs, die sowohl mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch als auch mit einem hohen Luftüberschuß unter Bildung eines geschichteten Luft- Kraftstoff-Gemisches betrieben werden kann.
Aus der DE 196 50 518 Cl ist ein Verfahren zum Steuern einer direkteinspritzenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt mit einem Einspritzventil, das derart in dem Zylinder- köpf angeordnet ist, daß der Kraftstoff direkt in den Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen wird. Die Brennkraftmaschine wird entweder mit einem geschichteten Luft-Kraftstoff- Gemisch betrieben, das auch als Schichtladung bezeichnet wird, oder mit einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch, das auch als homogene Ladung bezeichnet wird. Bei einem Betrieb mit Schichtladung wird der Kraftstoff erst während des Verdichtungstaktes unter hohem Druck in den Zylinder derart eingebracht, daß das Gemisch im Bereich einer Zündkerze soweit angereichert ist, daß eine sichere Entflammung garantiert ist, das Gemisch aber über das gesamte Brennraumvolumen jedoch stark abgemagert ist (Luftverhältnis >> 1) . Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Gemisch wird der Kraftstoff während des Ansaugtraktes zugemessen, bei dem eine hohe Ladungsbewegung vorherrscht, die ein homogenes Vermi- sehen des Kraftstoffes mit der Luft im Zylinder vor der Verbrennung gewährleistet. Das Umschalten von dem Betrieb mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch zu dem Betrieb mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch erfolgt abhängig von der Drehzahl und einer Lastgröße der Brennkraftmaschine. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs zu schaffen, das zuverlässig ist, einen Be- trieb der Brennkraftmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad und gleichzeitig geringen Emissionen gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er- findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Umschalten von einem Betrieb mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem Betrieb mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch und umgekehrt abhängig von dem Luftverhältnis erfolgt. Das Luftverhältnis ist das Verhältnis der Luftmasse in dem Zylinder zu einer stöchiometrischen Luftmasse, bei der eine vollständige Verbrennung der Kraftstoffmasse in dem Zylinder stattfindet. Eine Luftzahl oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis können mit entsprechenden Umrechnungsfaktoren in das Luftverhältnis umgerechnet werden und sind somit äquivalent zu dem Luftverhältnis. Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Bilden von Rußpartikeln effizient verhindert wird und daß auch bei stark variierendem Umgebungsdruck, wie dies beispielsweise bei Bergfahrten der Fall ist, ein emissionsarmer Betrieb gewährleistet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung, Figur 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung, Figur 3 ein Ablaufdiagramm zum Ermitteln der zu steuernden Betriebsart der Brennkraftmaschine. Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfaßt einen Ansaugtrakt 1 mit einer Drosselklappe 10 und einem Motorblock 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 23 aufweist. Ein Kolben 21 und eine Pleuelstange 22 sind dem Zylinder 20 zugeordnet. Die Pleuelstange 22 ist mit dem Kolben und der Kurbelwelle 23 verbunden.
Ein Zylinderkopf 3 ist vorgesehen, in dem ein Ventiltrieb angeordnet ist mit mindestens einem Einlaßventil 30 und einem Auslaßventil 31. Der Ventiltrieb umfaßt mindestens eine nicht dargestellte Nockenwelle mit einer Übertragungseinrichtung, die Nockhub auf das Einlaßventil 30 oder das Auslaßventil 31 überträgt. Es können auch Einrichtungen zum Verstellen der Ventilhubzeiten und des Ventilhubverlaufs vorgesehen sein. Alternativ kann auch ein elektromechanischer Aktor vorgesehen sein, der den Ventilhubverlauf des Ein- oder Auslaßventils 30, 31 steuert.
In den Zylinderkopf 3 sind ferner ein Einspritzventil 33 und eine Zündkerze 34 eingebracht. Das Einspritzventil 33 ist so angeordnet, daß der Kraftstoff direkt in den Brennraum des
Zylinders 20 zugemessen wird. Alternativ kann das Einspritzventil 33 jedoch auch hin zu einer Mischkammer eines Gemisch- Injektors angeordnet sein, der das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Mischkammer direkt in die Brennkraftmaschine ein- bläst. Die Brennkraftmaschine ist in der Figur 1 mit einem Zylinder dargestellt, kann jedoch auch mehrere Zylinder umfassen.
Ein Abgastrakt 4 mit einem Katalysator 40 und einer Sauer- stoffsonde 41 ist der Brennkraftmaschine zugeordnet. Eine Steuereinrichtung 6 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Meßgrößen erfassen und jeweils den Meßwert der Meßgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer Meßgröße ein oder meh- rere Stellsignale, die jeweils ein Stellgerät steuern. Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, der eine Pedalstellung PV des Fahrpedals 7 erfaßt, ein Drosselklappenstellungsgeber 11, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 10 erfaßt, ein Luftmassenmesser 12, der einen Luftmassenstrom erfaßt und/oder ein Saugrohrdrucksensor 13, der einen Saugrohrdruck in dem Ansaugtrakt 1 erfaßt, ein erster Temperatursensor 14, der eine Ansauglufttemperatur erfaßt, ein Drehzahlsensor 24, der eine Drehzahl N der Kurbelwelle 23 erfaßt, ein zweiter Temperatursensor 25, der eine Kühlmitteltemperatur TCO er- faßt, und die Sauerstoffsonde 41, die den Restsauerstoffge- halt des Abgases in dem Abgastrakt 4 erfaßt und die diesem den Meßwert LAM_MES des Luftverhältnisses zuordnet. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer Antrieb, ein elektromagnetischer Antrieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Drosselklappe 10, als Einspritzventil 33, als Zündkerze 34 oder als eine Einrichtung zum Verstellen des Ventilhubs der Ein- oder Auslaßventile 30, 31 ausgebildet. Auf die Stellgeräte wird im folgenden mit dem jeweils zugeordneten Stellglied be- zug genommen.
Die Steuereinrichtung 6 ist vorzugsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so z. B. über ein Bussystem. Im folgenden wird die Funktion des erfindungsrelevanten Teils der Steuereinrichtung 6 anhand des Blockschaltbildes von Figur 2 und des Ablaufdiagramms von Figur 3 beschrieben.
In einem Block Bl (Figur 2) wird ein Schätzwert MAF_CYL des Luftmassenstroms in den Zylinder mit einem Füllungsmodell des Ansaugtraktes 1 abhängig von dem Meßwert MAF_MES des Luftmassenstroms und weiteren Betriebsgrößen berechnet. Ein der- artiges Modell ist in der WO 96/32579 offenbart, deren Inhalt diesbezüglich miteinbezogen ist.
Ein Kennfeld KF1 ist vorgesehen, aus dem ein erster Beitrag zu einem Verlustdrehmoment TQ_LOSS abhängig von der Drehzahl N, dem Schätzwert MAF_CYL des Luftmassenstroms in den Zylinder 20 ermittelt wird. Der erste Beitrag zu dem Verlustdrehmoment TQ_LOSS berücksichtigt Pumpverluste in der Brennkraftmaschine und Verluste, die durch Reibung bei vorgegebenen Referenzwerten der Kühlmitteltemperatur TCO auftre- ten. Ein zweiter Beitrag zu dem Verlustdrehmoment wird aus einem Kennfeld KF2 abhängig von der Kühlmitteltemperatur TCO ermittelt. In einem Verknüpfungspunkt VI werden dann die Beiträge des Verlustdrehmoments TQ_LOSS addiert.
In einem Block B2 wird ein minimal und ein maximal zur Verfügung stellbares Drehmoment abhängig von dem Verlustdrehmoment TQ_LOSS und der Drehzahl N ermittelt. Aus der Pedalstellung PV und der Drehzahl N wird ermittelt, welchen Anteil des zur Verfügung stehenden Drehmoments von dem Fahrer angefordert wird. Aus dem vom Fahrer angeforderten Anteil des Drehmoments, dem zur Verfügung stellbaren Drehmoments und dem Verlustdrehmoment TQ_LOSS wird dann ein gewünschtes Drehmoment TQI REQ ermittelt. In einem Block B3 wird ein Sollwert TQI_SP des Drehmoments abhangig von dem gewünschten Drehmoment TQI_REQ und weiteren Drehmomentanforderungen ermittelt. Diese Drehomomentanforderungen sind beispielsweise ein zum Aufheizen des Katalysators 41 angefordertes Drehmoment TQI_CH, eine Drehmomentanforderung TQI_ASC einer Anti-Schlupfregelung, eine Drehmomentenanforderung TQI_N_MAX einer Drehzahlbegrenzungsfunktion, die Drehmomentanforderung TQI_MSR einer Motorschleppmomentregelung oder auch die Drehmomentanforderung einer Getriebesteue- rung.
Abhangig von der Stellung eines ersten Schalters 61, die abhangt von dem Wert einer Variablen H_S, die einen Wert eins hat, falls die Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft- Kraftstoff-Gemisch betrieben werden soll und den Wert null hat, falls die Brennkraftmaschine mit homogenem Luft- Kraftstoff-Gemisch betrieben werden soll, wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff- Gemisch in einem Block B4 in einem Kennfeld KF3 ein Sollwert THR_SP des Offnungsgrades der Drosselklappe. Dies erfolgt zusatzlich abhangig von der Drehzahl N. Alternativ kann in dem Block B4 der Sollwert THR_SP des Offnungsgrades der Drosselklappe 10 auch unter Verwendung eines dynamischen Modells des Ansaugtraktes ermittelt werden. Falls der erste Schalter 61 in der Schaltstellung für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch ist, so wird der Sollwert THR_SP des Drosselklappenoffnungsgrades aus dem Kennfeld KF3 ' in dem Block B4 ' ermittelt. Die in dem Kennfeld KF3 abgelegten Werte des Sollwertes THR_SP des Offnungsgrades der Drosselklappe liegen im wesentlichen nahe bei dem maximalen Offnungsgrad der Drosselklappe. Sie können aber auch zusatzlich abhangen von der einzustellenden Abgasruckfuhrrate, der gew nschten Spülung eines Aktivkohlefilters einer Tan- kentluftungsvorrichtung oder von einer Saugrohrdruckanforde- rung eines Bremskraftverstarkers . Vorzugsweise ist ein Lage- regier vorgesehen, der den Istwert des Öffnungsgrades der Drosselklappe 10 auf den Sollwert THR_SP des Öffnungsgrades der Drosselklappe 10 über einen entsprechenden Stellantrieb einregelt .
Ein zweiter Schalter 62 ist vorgesehen, dessen Schaltstellung abhängt von der Variable H_S . Falls die Variable H_S den Wert eins hat, so wird in einem Block B5 aus einem Kennfeld KF4 ein Sollwert MFF_SP der in den Zylinder 20 einzuspritzenden Kraftstoffmasse abhängig von dem Sollwert TQI_SP des Drehmoments und der Drehzahl ermittelt. Das Berechnen des Sollwertes MFF_SP der Kraftstoffmasse in dem Block B5 kann auch zusätzlich unter Berücksichtigung weiterer Größen der Brennkraftmaschine erfolgen. Das Kennfeld KF4 ist vorab durch Mes- sungen an einem Motorprüfstand oder auch durch Simulationen für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch ermittelt und in einem Speicher abgelegt. In einem Kennfeld KF5 wird dann abhängig von dem Sollwert MFF_SP der Kraftstoffmasse ein Sollwert TI_SP der Ein- spritzzeitdauer aus einem Kennfeld KF5 ermittelt.
Falls die Variable H_S den Wert null hat, so wird in dem Block B5a ein Sollwert LAM_SP des Luftverhältnisses abhängig von dem Sollwert TQI_SP des Drehmoments ermittelt. In dem Block B5' wird der Sollwert MFF_SP der Kraftstoffmasse abhängig von dem Sollwert LAM_SP des Luftverhältnisses, der Drehzahl N und gegebenenfalls weiteren Größen der Brennkraftmaschine ermittelt. Das Kennfeld KF4 ' ist in Versuchen an einem Motorprüfstand oder durch Simulationen vorab für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem homogenen Luft-Kraftstoff- Gemisch ermittelt und in dem Speicher der Steuereinrichtung abgelegt. Aus einem Kennfeld KF5 ' wird dann der Sollwert TI_SP der Einspritzzeitdauer abhängig von dem Kennfeld KF4 ' ermittelten Sollwert MFF SP der Kraftstoffmasse ermittelt. Das Einspritzventil 34 wird entsprechend des Sollwertes TI_SP der Einspritzzeitdauer angesteuert.
Aus einem Kennfeld KF8 wird einer erster Schwellenwert SW1 abhängig von der Drehzahl N und der Kühlmitteltemperatur TCO ermittelt. Ein zweiter Schwellenwert SW2 wird aus einem Kennfeld KF9 abhängig von der Drehzahl N und der Kühlmitteltemperatur TCO ermittelt. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Schwellenwert SW1 und/oder der Schwellen- wert SW2 fest vorgegeben oder nur abhängig von der Drehzahl N oder nur abhängig von der Kühlmitteltemperatur TCO.
In einem Block BIO wird abhängig von den ersten und zweiten Schwellenwerten SW1, SW2, dem Sollwert MFF_SP der Kraftstoff- masse und dem Sollwert TQI_SP des Drehmoments der Wert der
Variablen H_S ermittelt. Dazu wird in einem Schritt Sl (Figur 3) ein Programm gestartet. Im Schritt S2 wird ein Schätzwert LAM_EST des Luftverhältnisses abhängig von dem Schätzwert MAF_CYL des Luftmassenstroms in den Zylinder, des Sollwertes MFF_SP der Kraftstoffmasse und eines stöchiometrischen Faktors SP_FAC ermittelt. So kann in Echtzeit mit hoher Genauigkeit das Luftverhältnis mit ohnehin zur Verfügung stehenden Größen geschätzt werden. Alternativ kann statt des Schätzwertes auch der Meßwert LAM_MES des Luftverhältnisses erfaßt werden. Dieser kann jedoch nur mit einer Totzeit ermittelt werden.
In einem Schritt S3 wird geprüft, ob der Schätzwert LAM_EST des Luftverhältnisses größer ist als der erste Schwellenwert SW1. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S4 geprüft, ob der Sollwert TQI_SP des Drehmoments kleiner ist als der zweite Schwellenwert SW2. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S5 die Variable H_S mit dem Wert eins belegt und somit die Brennkraftmaschine mit einem geschichteten Luft- Kraftstoff-Gemisch betrieben. Sind die Bedingungen des Schrittes S3 und/oder des Schrittes S4 nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S6 die Variable H_S mit dem Wert null belegt. Demnach wird dann die Brenn- kraftmaschine mit einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben. In einem Schritt S7 wird dann das Programm gestoppt. Das Programm wird entweder periodisch oder drehzahlsynchron aufgerufen.
Der Wert der Variable H_S kann in einer alternativen Ausführungsform auch noch von weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine abhängen.
Kennfelder sind durch Messungen an dem Motorprüfstand oder durch Simulationen vorab ermittelt und in dem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs, bei dem
- die Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff- Gemisch betrieben wird, wenn eine Bedingung erfüllt ist, die abhängt von dem Luftverhältnis, und
- sonst die Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-Kraftstoff- Gemisch betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass ein Schätzwert (MAF_CYL) der Luftmasse ermittelt wird, die von einem Zylinder (20) während eines Arbeitsspiels angesaugt wird, - dass ein Sollwert (MFF_SP) der einzuspritzenden Kraftstoffmasse berechnet wird,
- dass ein Schätzwert (LAM_EST) des Luftverhältnisses abhängig von dem Schätzwert (MAF_CYL) der Luftmasse und dem Sollwert (MFF_SP) der einzuspritzenden Kraftstoffmasse be- rechnet wird,
- dass die Bedingung abhängt von dem Schätzwert (LAM_EST) des Luftverhältnisses .
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung erfüllt ist, wenn das
Luftverhältnis größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert (SW1) .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert (TQI_SP) des Drehmoments an einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine abhängig von einer den Fahrerwunsch repräsentierenden Größe und/oder Drehmomentanforderungen von Funktionen zum Betrieb der Brennkraftmaschine oder eines Kraftfahrzeugs ermittelt wird, in dem die Brennkraftmaschine anordenbar ist, und dass die Bedingung erfüllt ist, wenn das Luftverhältnis größer ist als der erste Schwellenwert (SWl) und der Sollwert (TQI_SP) des Drehmoments kleiner ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert (SW2).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Schwellenwert (SWl, SW2) abhängen von der Drehzahl (N) und/oder der Kühlmitteltemperatur (TCO) .
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