WO2010057556A1 - Steuerungsverfahren für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Matthias Herger
Thomas Engelhardt
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a control method for an internal combustion engine having at least a first and a second mode.
  • FIG. 1 A schematic subdivision into three operating modes (with overlapping areas) of a lean engine is shown in FIG. 1.
  • a rotational speed is plotted on the horizontal axis and an engine load on the orthogonal.
  • a first operating mode 1 also called homogeneous operating mode, in this case comprises the largest engine speed-load range.
  • a second mode 2 also called homogeneous layered mode ( ⁇ > 1), includes a smaller speed engine load range than the first mode 1.
  • lean modes ( ⁇ > 1, ⁇ »1) deteriorates because of the low exhaust gas enthalpy the dynamics of the exhaust gas turbocharger and thus the load build-up.
  • a mode of operation has to be run for a longer time, which involves disadvantages compared to the standard operating mode in terms of consumption and dynamic behavior.
  • This switching to another mode due to a regeneration phase, such as a catalyst is referred to as stationary switching.
  • the object is achieved by a control method for an internal combustion engine having at least a first mode and a second mode, wherein the first mode provides a richer mixture than the second mode, and wherein from a load threshold, the internal combustion engine changes to the other mode.
  • the control method according to the invention comprises the following steps: shifting the load threshold to higher load before a change from the second operating mode to the first operating mode is imminent, and / or shifting the load threshold to lower load before a change from the first operating mode to the first operating mode second mode is imminent.
  • the control method according to the invention makes it possible to shift the stationary mode limits or load thresholds to higher loads.
  • the Ver- pushing the load threshold and thus delaying the change from one mode to the other mode can also be performed if the fuel consumption of the following mode at the respective operating point would be lower. This ensures a decisive dynamic advantage of the internal combustion engine. Also advantageous is the shifting of the switch-back threshold or load threshold to lower loads, depending on the desired load reduction. This can be driven longer in the richer operating mode and dynamics of an exhaust gas turbocharger can be ensured for example by the increased exhaust enthalpy.
  • control method takes into account a third operating mode, which provides a leaner mixture than the second operating mode, wherein a further load threshold is provided between the second operating mode and the third operating mode.
  • inventive control method further comprises the following steps: shifting the further load threshold to higher load before a change from the third operating mode to the second operating mode is imminent and / or shifting the load threshold to lower load before a change from the second operating mode in the third mode is imminent.
  • the first operating mode it is advantageous for the first operating mode to provide a homogeneous mixture distribution, the second operating mode to provide a homogeneous layered mixture distribution, and the third operating mode to provide a layered mixture distribution.
  • control method according to the invention can comprise a setpoint detection for dynamic recognition and / or the mode switchover.
  • driver desired torque is taken into account when determining the desired load.
  • This driver desired torque is advantageously taken from an accelerator pedal of a vehicle and consequently the required nominal load or the required nominal torque for the internal combustion engine can be determined.
  • the advantage is that a demand-driven shift of the load thresholds is realized.
  • a driving dynamics behavior of a driver is determined and the shift of the load threshold is controlled as a function of this driving dynamics behavior.
  • the driving dynamics behavior of the driver are determined.
  • Another advantage is that the shift of the load threshold can be activated and / or controlled via an operating element.
  • the control method according to the invention can also be influenced directly by, for example, a driver.
  • the load threshold shift according to the invention can be switched on and off or its intensity can be regulated by a driver.
  • a device for activating the sporty characteristics of the engine in the vehicle can be provided.
  • the shift of the load threshold is limited in time and the load threshold is reset after a certain time back to a base value.
  • a further advantage is that the shift of the load threshold is carried out at most up to a defined combustion boundary load threshold. This ensures that the internal combustion engine is operated again in a consumption-optimal range from a certain time.
  • the limitation to a specific combustion limit load threshold ensures that the respective operating mode is operated only within the framework of its physical possibilities.
  • the internal combustion engine is a direct-injection internal combustion engine, which is charged, in particular by means of an exhaust gas turbocharger, operated.
  • a fatter mode is operated biased before an impending change to a leaner mode.
  • the biased operation means that the internal combustion engine is operated with a higher charge pressure than would be necessary to achieve the desired charge.
  • the degree of bias can advantageously be changed over a certain factor to influence the consumption deterioration due to the bias.
  • the first operating mode is operated in a biased manner in a situation in which the first operating mode is operated instead of a leaner operating mode.
  • the bias compensates for a resulting dynamic disadvantage.
  • the prestressed operation may e.g. be used for diagnostic purposes and / or for the regeneration of a catalyst and / or the expiration of adaptation functions.
  • the invention further includes a vehicle, in particular with a direct-injection supercharged internal combustion engine, comprising a so-called just described control method.
  • a vehicle in particular with a direct-injection supercharged internal combustion engine, comprising a so-called just described control method.
  • FIG. 4 shows the shifting of the load sleepers according to the invention in the exemplary embodiment
  • Fig. 5 shows a change between the modes after the load threshold shift in the control method according to the embodiment of the invention.
  • the load We is plotted from 0 kJ / dm 3 to 2 kJ / dm 3 .
  • FIG. 2 shows a division into a first operating mode 1 with homogeneous mixture distribution, a second operating mode 2 with homogeneous-layered mixture distribution and a third operating mode 3 with a layered mixture distribution.
  • a first transition region 7 results by overlapping between the first operating mode 1 and the second operating mode 2.
  • a second transitional region 8 results between the second operating mode 2 and the third operating mode 3.
  • the ambient pressure isobar refers to a threshold at which a pressure in a collector or suction pipe corresponds to an ambient pressure.
  • FIG. 3 shows parallel isobars 9, which extend over the second mode 2 and the third mode 3 and form an angle ⁇ to the horizontal axis of the diagram.
  • a vertical arrow from the first starting point 12 to the target load 14 symbolizes a first path 15.
  • a second path 16 leads from the second starting point 13 along an isobar 9 and along a vertical boundary between the first mode 1 and the second mode 2 to the target load 14.
  • the second path 16 is subdivided into an isobaric section of the second path 16a and a vertical section of the second path 16b.
  • the turbo lag 17 here describes the pressure to be realized via the turbocharger in the intake manifold above atmospheric pressure.
  • the isobars 9 show a way to change the mixture or the load, without losing the pressure in the manifold or intake manifold of the combustion to change the engine. It should be noted that the representation of the isobars 9 in FIG. 3 is only representative. Thus, of course, a mixture or load change with constant pressure between the illustrated isobars 9 and parallel to these. Along the surrounding pressure isobars 6, the pressure within the collector or suction pipe is equal to the ambient pressure. This means that all operating points in the second operating mode 2 and the third operating mode 3, which are above these ambient pressure isobars 6, have to be operated by, for example, a turbocharger, charged.
  • Fig. 3 is shown by the first path 15 and the second path 16, how to get from a first starting point 12 and a second starting point 13 to the desired target load 14. It should be noted here that the first starting point 12 and the second starting point 13 are operated at the same load but the first starting point 12 is operated in the first operating mode 1 and the second starting point 13 is operated in the third operating mode 3.
  • Fig. 4 shows the load threshold shift according to the invention, by means of which the internal combustion engine can be operated longer in the leaner mode to ensure exactly this pressure build-up as quickly as possible.
  • FIG. 4 again shows the essential elements from FIG. 3, wherein here furthermore a third load threshold 18 can be seen.
  • this third load threshold 18 represents the displacement of the first load threshold 10 according to the invention 4 shows a first optimum curve 19 of the second operating mode 2 and a second optimum curve 20 of the third operating mode 3 with a kink 20a.
  • the optimal curve 19 shows a path along which a load buildup in the second mode 2 is to be optimally controlled.
  • the optimum curve 20 shows the course of the optimal load build-up in the third mode 3.
  • FIG. 5 now shows the change according to the invention from the third operating mode 3 to the first operating mode 1 with the third load threshold 18 displaced according to the invention.
  • Fig. 5 shows a third way
  • the third path 21 is divided into a pressure increasing section 21a and an isobaric section of the third path 21b.
  • the pressure increase section 21a extends from the second starting point 13 along the optimum curve 20 to the third load threshold 18.
  • the isobaric section of the third path 21b extends from just this end of the pressure increase section 21a at the third load threshold 18 along the isobars 9 to the target load 14.
  • the fourth path 23 is divided into an isobaric section of the fourth
  • Path 23a and a vertical portion of the fourth path 23b extends from the first comparison point
  • FIG. 5 shows how the inventive shift of the load threshold to the third load threshold 18 realizes a first dynamic advantage 26 over the second mode 2 and a larger second dynamic advantage 27 over the first mode 1.

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Abstract

Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart, wobei die erste Betriebsart ein fetteres Gemisch vorsieht als die zweite Betriebsart, und wobei ab einer Lastschwelle die Brennkraftmaschine in die jeweils andere Betriebsart wechselt, umfassend die Schritte Verschieben der Lastschwelle zu höherer Last, wenn ein Wechsel von der der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart bevorsteht, und/oder Verschieben der Lastschwelle zu niedrigerer Last, wenn ein Wechsel von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart bevorsteht.

Description

Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine Brenn- kraftmaschine mit zumindest einer ersten und einer zweiten Betriebsart.
Aus dem Stand der Technik sind direkteinspritzende Verbrennungsmotoren mit Abgasturboaufladung, die mit einem Luftkraftstoffverhältnis (λ) um 1 betrieben werden, sowie direkteinspritzende Verbrennungsmotoren, die mit λ»1 betrieben werden, bekannt. Die Verknüpfung aus beiden Konzepten ist ein direkteinspritzender abgasturbo-aufgeladener Motor, der mit λ»1 betrieben werden kann.
Bei Mager-Motoren (Betrieb mit λ»1) werden einzelne Betriebsarten durch das gefahrene Lambda unterschieden. Die Betriebsarten grenzen sich durch die Motorlast und die Drehzahl voneinander ab. Zudem gibt es eine Korrektur der Betriebsartgrenzen (Lastschwelle) über die geographische Höhe und/oder zur Vermeidung klopfender Verbrennungen. Eine schematische Unterteilung in drei Betriebsarten (mit überlappenden Berei- chen) eines Mager-Motors zeigt Fig. 1. In Fig. 1 ist eine Drehzahl auf der horizontalen Achse und eine Motorlast auf der Orthogonalen aufgetragen. Eine erste Betriebsart 1 , auch homogene Betriebsart genannt, umfasst hierbei den größten Drehzahl-Motorlastbereich. Eine zweite Betriebsart 2, auch homogen schichtförmige Betriebsart (λ>1) genannt, umfasst einen kleineren Drehzahl-Motorlastbereich als die erste Betriebsart 1. Eine dritte Betriebsart 3, auch schichtförmige Betriebsart (λ»1) genannt, umfasst einen noch kleineren Drehzahl-Motorlastbereich als die erste Betriebsart 1 und die zweite Betriebsart 2. Bei mageren Betriebsarten (λ>1 , λ»1) verschlechtert sich wegen der geringen Abgasenthalpie die Dynamik des Abgasturboladers und damit der Lastaufbau. Beim Magermotor kann es vorkommen, dass z.B. aufgrund von Regenerationsphasen, längere Zeit eine Betriebsart gefahren werden muss, die bezüglich Verbrauch und dynamischem Verhalten Nachteile gegenüber der Standardbetriebsart beinhaltet. Dieses Umschalten in eine andere Betriebsart aufgrund einer Regenerationsphase, beispielsweise eines Katalysators, wird als stationäre Umschaltung bezeichnet.
Somit ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, welches bei einfacher und kostengünstiger Implementierung die Dynamikeigenschaften der Brennkraftmaschine positiv beeinflusst.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weitergestaltungen der Erfindung auf.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart, wobei die erste Betriebsart ein fetteres Gemisch vorsieht als die zweite Betriebsart, und wobei ab einer Lastschwelle die Brennkraftmaschine in die jeweils andere Betriebsart wechselt. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren die folgenden Schritte: Ver- schieben der Lastschwelle zu höherer Last, bevor ein Wechsel von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart bevorsteht, und/oder Verschieben der Lastschwelle zu niedrigerer Last, bevor ein Wechsel von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart bevorsteht. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren ein Verschieben der stationären Betriebsartgrenzen bzw. Lastschwellen zu höherer Last hin. Das Ver- schieben der Lastschwelle und somit das Verzögern des Wechsels von einer Betriebsart in die andere Betriebsart kann auch durchgeführt werden, wenn der Kraftstoffverbrauch der folgenden Betriebsart in dem jeweiligen Betriebspunkt geringer wäre. Dadurch ist ein entscheidender Dyna- mikvorteil der Brennkraftmaschine gewährleistet. Ebenso Vorteilhaft ist das Verschieben der Rückschaltschwelle bzw. Lastschwelle zu niedrigeren Lasten, abhängig von der gewünschten Lastreduzierung. Damit kann länger in der fetteren Betriebsart gefahren werden und eine Dynamik eines Abgasturboladers kann beispielsweise durch die erhöhte Abga- senthalpie gewährleistet werden.
Ferner vorteilhaft ist, dass das Steuerungsverfahren eine dritte Betriebsart berücksichtigt, welche ein magereres Gemisch als die zweite Betriebsart vorsieht, wobei zwischen der zweiten Betriebsart und der dritten Betriebs- art eine weitere Lastschwelle vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren umfasst in dieser vorteilhaften Ausgestaltung ferner die folgenden Schritte: Verschieben der weiteren Lastschwelle zu höherer Last, bevor ein Wechsel von der dritten Betriebsart in die zweite Betriebsart bevorsteht und/oder Verschieben der Lastschwelle zu niedrigerer Last, bevor ein Wechsel von der zweiten Betriebsart in die dritte Betriebsart bevorsteht.
Weiter vorteilhaft ist, dass die erste Betriebsart eine homogene Gemischverteilung vorsieht und die zweite Betriebsart eine homogen- schichtförmige Gemischverteilung vorsieht, und/oder die erste Betriebsart eine homogen-schichtförmige Gemischverteilung vorsieht und die zweite Betriebsart eine schichtförmige Gemischverteilung vorsieht. Ferner vorteilhaft, ist dass die erste Betriebsart eine homogene Gemischverteilung vorsieht und die zweite Betriebsart eine schichtförmige Gemischverteilung vorsieht. Zur Begriffsklärung ist darauf hinzuweisen, dass eine homogene Gemischverteilung bei ca. λ = 1 , eine homogen-schichtförmige Gemischverteilung bei λ>1 und eine schichtförmige Gemischverteilung bei λ»1 liegt.
Im Falle der drei Betriebsarten ist es vorteilhaft, dass die erste Betriebsart eine homogene Gemischverteilung vorsieht, die zweite Betriebsart eine homogen-schichtförmige Gemischverteilung vorsieht und die dritte Betriebsart eine schichtförmige Gemischverteilung vorsieht.
Somit können mit dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren alle drei Betriebsarten eines direkteinspritzenden aufgeladenen Magermotors gesteuert werden.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren eine Solllas- terfassung für eine Dynamikerkennung und/oder die Betriebsarten um- schaltung umfassen.
Ferner von Vorteil ist, dass bei der Ermittlung der Solllast ein Fahrerwunschmoment mit berücksichtigt wird. Dieses Fahrerwunschmoment wird vorteilhafterweise an einem Gaspedal eines Fahrzeugs abgenommen und folglich kann die erforderliche Solllast bzw. das erforderliche Sollmoment für die Brennkraftmaschine ermittelt werden.
Von Vorteil ist, dass eine bedarfsgerechte Verschiebung der Lastschwel- len realisiert wird.
Ferner von Vorteil ist, dass ein Fahrdynamikverhalten eines Fahrers ermittelt wird und die Verschiebung der Lastschwelle in Abhängigkeit dieses Fahrdynamikverhaltens gesteuert wird. Somit kann beispielsweise anhand einer Änderung der Solllast bzw. anhand einer Änderung des Fahrer- Wunschmomentes das Fahrdynamikverhalten des Fahrers ermittelt werden. Bei einem sehr sportlichen Fahrer ist es nun vorteilhaft, die erfindungsgemäße Lastschwellenverschiebung ausgeprägt anzuwenden, um das dynamische Fahrverhalten mit einem schnellen Lastaufbau der Brennkraftmaschine zu unterstützen. Demgegenüber ist es ebenso vorteilhaft, bei identifizierter ruhiger Fahreigenschaft unter Umständen auf die erfindungsgemäße Lastschwellenverschiebung zu verzichten, um die Brennkraftmaschine immer im verbrauchsoptimalen Bereich zu betreiben. Weiter von Vorteil ist, dass die Verschiebung der Lastschwelle über ein Bedienelement aktivierbar und/oder steuerbar ist. Somit kann zusätzlich oder alternativ zur Regulierung der Lastschwellenverschiebung über das Fahrdynamikverhalten das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren auch direkt von beispielsweise einem Fahrer beeinflusst werden. Es kann also die erfindungsgemäße Lastschwellenverschiebung ein- und ausschaltbar sein oder ihre Intensität von einem Fahrer geregelt werden. Dazu kann vorteilhafterweise eine Vorrichtung zum aktivieren der sportlichen Eigenschaften des Motors im Fahrzeug vorgesehen werden.
Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Verschiebung der Lastschwelle zeitlich begrenzt ist und die Lastschwelle nach Ablauf einer bestimmten Zeit wieder auf einen Basiswert zurückgesetzt wird. Ferner von Vorteil ist, dass die Verschiebung der Lastschwelle maximal bis zu einer definierten Brenngrenzen-Lastschwelle ausgeführt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Brennkraftmaschine ab einer bestimmten Zeit wieder im verbrauchsoptimalen Bereich betrieben wird. Durch die Begrenzung auf eine bestimmte Brenngrenzenlastschwelle ist sichergestellt, dass die jeweilige Betriebsart nur im Rahmen ihrer physikalischen Möglichkeiten betrieben wird. In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine ein direkteinspritzender Verbrennungsmotor ist, welcher aufgeladen, insbesondere mittels eines Abgasturboaufladers, betrieben wird. Vorteile ergeben sich hier beim Dynamikverhalten der Brennkraftmaschine, da ein Lastaufbau aus mageren Betriebsarten immer schneller ist als ein vergleichsweiser Lastaufbau aus fetten Betriebsarten. Dieser Vorteil wird umso größer, je höher die magerere Betriebsart aufgeladen wird. Des Weiteren ist zu beachten, dass eine lange Aufrechterhaltung hoher Abgastemperaturen bzw. hoher Abgasenthalpien zur Verbesserung des Ansprech- Verhaltens des Turboladers führt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens wird eine fettere Betriebsart vor einem bevorstehenden Wechsel in eine magerere Betriebsart vorgespannt betrieben. Der vorge- spannte Betrieb bedeutet, dass die Brennkraftmaschine mit einem höheren Ladedruck betrieben wird als zur Erreichung der Soll-Füllung notwendig wäre. Der Grad der Vorspannung kann vorteilhafterweise über einen bestimmten Faktor verändert werden, um Einfluss auf die Verbrauchsverschlechterung aufgrund der Vorspannung nehmen zu können.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass die erste Betriebsart, in einer Situation wo die erste Betriebsart anstatt einer magereren Betriebsart betrieben wird, vorgespannt betrieben wird. Durch die Vorspannung wird ein entstehender Dynamiknachteil ausgeglichen. Erfindungsgemäß kann der vorgespannte Betrieb z.B. zu Diagnosezwecken und/oder zur Regeneration eines Katalysators und/oder beim Ablaufen von Adaptionsfunktionen eingesetzt werden.
Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug, insbesondere mit einem di- rekteinspritzenden aufgeladenen Verbrennungsmotor, umfassend ein so- eben beschriebenes Steuerungsverfahren. Die bereits beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens finden selbstverständlich auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorteilhafte Anwendung.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung genauer erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine generelle Aufteilung eines direkteinspritzenden aufgelade- nen Motors in drei Betriebsarten,
Fig. 2 eine Aufteilung in drei Betriebsarten des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens nach dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Wechsel zwischen den Betriebsarten in dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren nach dem Ausführungsbeispiel ohne Verschieben der Lastschwellen,
Fig. 4 das erfindungsgemäße Verschieben der Lastschwellen im Aus- führungsbeispiel, und
Fig. 5 einen Wechsel zwischen den Betriebsarten nach der Lastschwellenverschiebung in dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren nach dem Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel zu dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren anhand der Fig. 2 bis 5 genauer erläutert.
Jede der Fig. 2 bis 5 zeigt ein Diagramm, wobei auf der horizontalen Ach- se das Gemischverhältnis λ von λ=0 bis λ=3 aufgetragen ist. Auf jeder der Orthogonalen der Fig. 2 bis 5 ist die Last We von 0 kJ/dm3 bis 2 kJ/dm3 aufgetragen.
Fig. 2 zeigt eine Aufteilung in eine erste Betriebsart 1 mit homogener Ge- mischverteilung, eine zweite Betriebsart 2 mit homogen-schichtförmiger Gemischverteilung und eine dritte Betriebsart 3 mit schichtförmiger Gemischverteilung. Die erste Betriebsart 1 reicht von λ=0 bis ca. λ=1 ,1. Die zweite Betriebsart 2 erstreckt sich von λ=1 bis ca. λ=1,9 und die dritte Betriebsart 3 beginnt bei ca. λ=1 ,7 und ist in diesem Ausführungsbeispiel beschränkt auf λ=3. Somit ergibt sich zwischen der ersten Betriebsart 1 und der zweiten Betriebsart 2 durch Überlappung ein erster Übergangsbereich 7. In ähnlicher Weise ergibt sich zwischen der zweiten Betriebsart 2 und der dritten Betriebsart 3 ein zweiter Übergangsbereich 8.
Des Weiteren ist in Fig. 2 eine linear verlaufende Umgebungsdruckisobare 6 sowie eine linear verlaufende theoretische Lastgrenze 5 eingezeichnet. Die Umgebungsdruckisobare bezeichnet eine Schwelle auf welcher ein Druck in einem Sammler bzw. Saugrohr einem Umgebungsdruck entspricht. Die Umgebungsdruckisobare 6 und die theoretische Lastgrenze 5 schneiden sich im Schnittpunkt 4 bei λ=2,5 und We=O, 3. Die Umgebungsdruckisobare 6 erstreckt sich vom Beginn der zweiten Betriebsart, also von λ=1 , und We=1 bis ca. λ=3 und We=O. Die theoretische Lastgrenze 5, welche eine maximal erreichbare Last beim jeweiligen Luft- Kraftstoffverhältnis bezeichnet, beginnt ebenfalls bei der zweiten Betriebs- art 2, d.h. bei λ=1 , und We=1 ,8, und endet an dem Schnittpunkt 4.
Diese theoretische Lastgrenze 5 sowie der Abschnitt der Umgebungsdruckisobaren 6 zwischen λ=2,5 und λ=3 bezeichnen die physikalische Obergrenze der Last in der zweiten Betriebsart 2 bzw. in der dritten Be- triebsart 3. So ist beispielsweise in der schichtförmigen dritten Betriebsart 3 mit der mageren Gemischverteilung λ=2,5 eine Maximallast von ca. 0,3 kJ/dm3 möglich.
Im Folgenden wird nun anhand von Fig. 3 ein Wechsel zwischen den Be- triebsarten beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass in dem Diagramm in Fig. 3 der erfindungsgemäße Lastschwellenwechsel noch nicht dargestellt wird. Fig. 3 zeigt parallele Isobaren 9, welche sich über die zweite Betriebsart 2 und die dritte Betriebsart 3 erstrecken und einen Winkel α zur horizontalen Achse des Diagramms bilden. Des Weiteren zeigt Fig. 3 eine erste Lastschwelle 10 als Horizontale bei etwa We=0,6 sowie eine zweite Lastschwelle 11 bei ca. We=1 ,3. Am Beginn der zweiten Betriebsart 2 ist bei λ=1 und We=0,6 ein erster Startpunkt 12 eingezeichnet. Auf der theoretischen Lastgrenze 5 sitzt auf gleicher Höhe wie die erste Lastschwelle 10, also bei We=O, 6, ein zweiter Startpunkt 13. Des Weiteren ist in Fig. 3, symbolisiert als Quadrat, eine Solllast 14 bei λ=1 und We=1 ,3 auf Höhe der zweiten Lastschwelle 11 eingezeichnet.
Ein vertikaler Pfeil von dem ersten Startpunkt 12 zur Solllast 14 symbolisiert einen ersten Weg 15. Ein zweiter Weg 16 führt von dem zweiten Startpunkt 13 entlang einer Isobaren 9 und entlang einer vertikalen Grenze zwischen der ersten Betriebsart 1 und der zweiten Betriebsart 2 zur Solllast 14. Dabei unterteilt sich der zweite Weg 16 in einen isobaren Abschnitt des zweiten Weges 16a und einen vertikalen Abschnitt des zweiten Weges 16b. Des Weiteren bezeichnet ein Doppelpfeil, welcher vertikal bei λ=1 von We= 1 bis zur Solllast 14 verläuft, ein Turboloch 17. Das Turboloch 17 beschreibt hier den über den Turbolader zu realisierenden Druck im Saugrohr über Umgebungsdruck.
Die Isobaren 9 zeigen einen Weg zur Veränderung des Gemisches bzw. der Last, ohne dabei den Druck im Sammler bzw. Saugrohr der Brenn- kraftmaschine zu verändern. Hierzu ist zu beachten, dass die Darstellung der Isobaren 9 in Fig. 3 nur repräsentativ ist. So kann natürlich auch eine Gemisch- bzw. Lastveränderung mit konstantem Druck zwischen den dargestellten Isobaren 9 und parallel zu diesen erfolgen. Entlang der Umge- bungsdruckisobaren 6 ist der Druck innerhalb des Sammlers bzw. Saugrohrs gleich dem Umgebungsdruck. Das heißt, dass alle Betriebspunkte in der zweiten Betriebsart 2 und der dritten Betriebsart 3, welche oberhalb dieser Umgebungsdruckisobaren 6 liegen, durch beispielsweise einen Turbolader, aufgeladen betrieben werden müssen.
In Fig. 3 ist durch den ersten Weg 15 und den zweiten Weg 16 dargestellt, wie man von einem ersten Startpunkt 12 bzw. einem zweiten Startpunkt 13 zur erwünschten Solllast 14 gelangt. Hierbei ist zu beachten, dass der erste Startpunkt 12 sowie der zweite Startpunkt 13 bei derselben Last He- gen, jedoch der erste Startpunkt 12 in der ersten Betriebsart 1 betrieben wird und der zweite Startpunkt 13 in der dritten Betriebsart 3 betrieben wird. Entlang des ersten Weges 15 wird eine Drosselklappe des Verbrennungsmotors geöffnet und ab einer Last von We=1 ,0 muss der Turbolader den Druck erhöhen, um zur Solllast 14 zu gelangen. Steuert man demge- genüber den Verbrennungsmotor entlang des zweiten Weges 16, so wird das Gemisch bei konstantem Druck immer fetter, bis der Wert λ=1 erreicht wird. Die Umschaltung ins Fette kann unmittelbar sprunghaft durch Änderung der Einspritzmenge erfolgen. Ab diesem Punkt befindet man sich in der ersten Betriebsart 1 und erhöht den Ladedruck, um bis zur Solllast 14 zu gelangen. Hierbei ist noch zu beachten, dass bei dieser reinen Laststeigerung entlang des ersten Weges 15 in der ersten Betriebsart 1 ab dem ersten Startpunkt 12 der Turbolader einsetzt. Zu diesem Zeitpunkt entsteht hier ein erheblicher Dynamiknachteil durch das bekannte Turboloch 17. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass die Drucksteigerung entlang des vertikalen Abschnitts des zweiten Weges 16b in einer magereren Betriebsart, also beispielsweise in der dritten Betriebsart 3, sehr viel schneller vonstatten geht als in der fetteren Betriebsart, also beispielsweise der ho- mogenen Betriebsart der ersten Betriebsart 1. Deshalb zeigt nun Fig. 4 die erfindungsgemäße Lastschwellenverschiebung, mittels welcher der Verbrennungsmotor länger in der magereren Betriebsart betrieben werden kann, um genau diesen Druckaufbau schnellstmöglich zu gewährleisten.
Fig. 4 zeigt wiederum die wesentlichen Elemente aus Fig. 3, wobei hier des Weiteren eine dritte Lastschwelle 18 zu sehen ist. Diese dritte Lastschwelle 18 ist parallel zur ersten Lastschwelle 10 und befindet sich bei ca. We=O, 9. Wie in Fig. 4 durch einen Pfeil 18a dargestellt, stellt diese dritte Lastschwelle 18 die erfϊndungsgemäße Verschiebung der ersten Lastschwelle 10 dar. Des Weiteren zeigt Fig. 4 eine erste Optimalkurve 19 der zweiten Betriebsart 2 sowie eine zweite Optimalkurve 20 der dritten Betriebsart 3 mit einem Knick 20a.
Die Optimalkurve 19 zeigt einen Weg, entlang welchem ein Lastaufbau in der zweiten Betriebsart 2 optimal zu steuern ist. Ebenso zeigt die Optimalkurve 20 den Verlauf des optimalen Lastaufbaus in der dritten Betriebsart 3. Aus applikativen Gründen, wie z.B. dem Schutz des Katalysators, knickt die Optimalkurve 20 bei ca. λ=2,5 mit dem Knick 20a ab.
Fig. 5 zeigt nun den erfindungsgemäßen Wechsel von der dritten Betriebsart 3 in die erste Betriebsart 1 mit der erfindungsgemäß verschobenen dritten Lastschwelle 18. Hierzu sind zusätzlich in Fig. 5 die folgenden Punkte eingezeichnet: ein erster Vergleichspunkt 22 bei λ=1 ,5 und We=0,9 auf Höhe der dritten Lastschwelle 18, ein Zwischenpunkt 24 bei λ=1 und We= 1 ,2 sowie ein zweiter Vergleichspunkt 25, ebenfalls auf Höhe der dritten Lastschwelle 18 bei λ=1. Ferner zeigt Fig. 5 einen dritten Weg
21 sowie einen vierten Weg 23.
Der dritte Weg 21 teilt sich auf in einen Drucksteigerungsabschnitt 21a und einen isobaren Abschnitt des dritten Weges 21b. Der Drucksteigerungsabschnitt 21a erstreckt sich vom zweiten Startpunkt 13 entlang der Optimalkurve 20 bis zur dritten Lastschwelle 18. Der isobare Abschnitt des dritten Weges 21b verläuft von eben diesem Ende des Drucksteigerungsabschnitts 21a an der dritten Lastschwelle 18 entlang der Isobaren 9 bis zur Solllast 14. Hier ist also gut zu sehen, wie die benötigte Drucksteigerung effektiv in der dritten Betriebsart 3 durchgeführt wird.
Der vierte Weg 23 unterteilt sich in einen isobaren Abschnitt des vierten
Weges 23a und einen Vertikalabschnitt des vierten Weges 23b. Der isoba- re Abschnitt des vierten Weges 23a verläuft vom ersten Vergleichspunkt
22 entlang der Isobaren 9 zum Zwischenpunkt 24. Von diesem Zwischenpunkt 24 verläuft der vertikale Abschnitt des vierten Weges 23b direkt zur Solllast 14.
Somit zeigt Fig. 5, wie die erfindungsgemäße Verschiebung der Lastschwelle auf die dritte Lastschwelle 18 einen ersten Dynamikvorteil 26 gegenüber der zweiten Betriebsart 2 und einen größeren zweiten Dynamikvorteil 27 gegenüber der ersten Betriebsart 1 verwirklicht.
Somit kann, aufgrund der Tatsache, dass ein Lastaufbau aus einer magereren Betriebsart immer schneller ist als ein vergleichsweiser Lastaufbau aus einer fetteren Betriebsart, mit dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren die Dynamik einer Brennkraftmaschine signifikant verbessert werden. Dieser Vorteil erhöht sich umso mehr, je höher die magerere Be- triebsart aufgeladen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit zumindest ei-, ner ersten Betriebsart (1) und einer zweiten Betriebsart (2), wobei die erste Betriebsart (1 ) ein fetteres Gemisch vorsieht als die zweite Betriebsart (2), und wobei ab einer Lastschwelle die Brennkraftmaschine in die jeweils andere Betriebsart wechselt, umfassend die Schritte:
Verschieben der Lastschwelle zu höherer Last, bevor ein Wechsel von der der zweiten Betriebsart (2) in die erste Betriebsart (1) bevorsteht, und/oder
Verschieben der Lastschwelle zu niedrigerer Last, bevor ein Wechsel von der ersten Betriebsart (1) in die zweite Betriebsart (2) bevorsteht.
2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 , mit einer dritten Betriebsart (3), welche ein magereres Gemisch als die zweite Betriebsart (2) vorsieht, wobei zwischen der zweiten Betriebsart (2) und der dritten Betriebsart (3) eine weitere Lastschwelle vorgesehen ist, ferner um- fassend die Schritte:
Verschieben der weiteren Lastschwelle zu höherer Last, bevor ein Wechsel von der der dritten Betriebsart (3) in die zweite Betriebsart (2) bevorsteht, und/oder
Verschieben der Lastschwelle zu niedrigerer Last, bevor ein Wechsel von der zweiten Betriebsart (2) in die dritte Betriebsart (3) bevorsteht.
3. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart (1) eine homogene Ge- mischverteilung vorsieht und die zweite Betriebsart (2) eine homo- gen-schichtförmige Gemischverteiiung vorsieht, und/oder die erste Betriebsart (1) eine homogen-schichtförmige Gemischverteilung vorsieht und die zweite Betriebsart (2) eine schichtförmige Gemischverteilung vorsieht.
4. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart (1) eine homogene Gemischverteilung vorsieht, die zweite Betriebsart (2) eine homogen-schichtförmige Gemischverteilung vorsieht und die dritte Betriebsart (3) eine schicht- förmige Gemischverteilung vorsieht.
5. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Solllast (14) ermittelt wird.
6. Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Solllast (14) ein Fahrerwunschmoment mit berücksichtigt wird.
7. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bedarfsgerechte Verschiebung der Lastschwellen realisiert wird.
8. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrdynamikverhalten eines Fah- rers ermittelt wird und die Verschiebung der Lastschwelle in Abhängigkeit dieses Fahrdynamikverhaltens gesteuert wird.
9. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Lastschwelle über ein Bedienelement aktivierbar und/oder steuerbar ist.
10. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Lastschwelle zeitlich begrenzt ist und die Lastschwelle nach Ablauf einer bestimm- ten Zeit wieder auf einen Basiswert zurückgesetzt wird.
11. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein direkt einspritzender Verbrennungsmotor ist, welcher aufgeladen, insbe- sondere mittels eines Abgasturboladers, betrieben wird.
12. Steuerungsverfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine fettere Betriebsart vor einem bevorstehen Wechsel in eine magerere Betriebsart vorgespannt betrieben wird.
13. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart, in einer Situation wo die erste Betriebsart anstatt einer magereren Betriebsart betrieben wird, vorgespannt betrieben wird.
14. Fahrzeug, insbesondere mit einem direkteinspritzenden aufgeladenem Verbrennungsmotor, umfassend ein Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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