DE10105704C2

DE10105704C2 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10105704C2
Application number: DE10105704A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schneider; Frank Weis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: FR2820459B1; DE10105704A1; FR2820459A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die sowohl mit stöchiometrischem Kraft stoff-Luft-Gemisch wie auch mit magerem Kraftstoff-Luft- Gemisch, d. h. mit Luftüberschuss betreibbar ist. Dabei kann es sich insbesondere um eine Brennkraftmaschine mit Direkt einspritzung handeln.

Um den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen mit ottomoto rischem Antrieb weiter zu reduzieren, kommen immer häufiger Brennkraftmaschinen zum Einsatz, die mit magerem Gemisch be trieben werden. Dabei wird zwischen zwei grundlegenden Be triebsarten unterschieden.

Im unteren Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit einer stark geschichteten Zylinderladung und hohem Luftüberschuss betrieben (Schichtladebetrieb). Dies wird durch eine späte Einspritzung in der Verdichtungshub, kurz vor dem Zündzeit punkt erreicht. Die Brennkraftmaschine wird dabei unter Ver meidung von Drosselverlusten weitgehend ungedrosselt betrie ben. Zur Absenkung der NO_x-Rohemission wird eine hohe Abgas rückführrate angestrebt.

Im oberen Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit homoge ner Zylinderladung betrieben. Die Einspritzung erfolgt be reits während des Ansaugtaktes, um eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu erhalten. Die angesaugte Luftmasse wird entsprechend dem Drehmomentwunsch des Fahrers über eine Drosselklappe eingestellt. Die benötigte Einspritzmenge wird aus der Luftmasse und der Drehzahl berechnet und u. a. über die Lambdaregelung korrigiert. Die Einspritzung des Kraft stoffes erfolgt dabei direkt in den oder die Zylinder der Brennkraftmaschine (Direkteinspritzung).

Aus der WO 99/18343 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen einer Brennkraftmaschine mit Direkteinsprit zung des Kraftstoffes bekannt, bei dem ein Schätzwert der Kraftstoffmasse berechnet wird, die je Arbeitstakt einem Brennraum zugemessen wird, da die tatsächliche Kraftstoffmas se die entscheidende Einflussgröße für den Wert des tatsäch lichen indizierten Drehmoments ist. Der Schätzwert für die Kraftstoffmasse wird abhängig von einer Luftzahl berechnet, die von einem in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine ange ordneten Sauerstoffsensor ermittelt wird. Abhängig von diesem Schätzwert für die Kraftstoffmasse wird ein Schätzwert für das indizierte Drehmoment der Brennkraftmaschine berechnet.

Weiterhin ist aus der DE 42 32 974 A1 ein Verfahren zur Steu erung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Sollwert eines über den Luftmassenstrom einzustellenden Drehmoments in einer Einrichtung zur Drehmomentvorgabe ermittelt wird. Ein Schätzwert eines zündwinkelnormierten tatsächlichen Drehmo ments wird entweder aus dem Messsignal eines Drehmomentsen sors abgeleitet oder aus dem in die Verbrennungskammern ge saugten Luftmassenfluss. Ein Verstellen eines Zündwinkels er folgt unabhängig von der Abweichung des Sollwertes von dem normierten Schätzwert des Drehmoments.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Steu erung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem es ermöglicht ist, eine schnel le und bedarfsgerechte Umschaltung zwischen Schichtlade- bzw. Magerbetrieb (λ << 1) und homogenem Betrieb (λ = 1) vorzunehmen.

Dieses Ziel der Erfindung wird mit einem Verfahren gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruches er reicht. Demgemäß ist bei dem Verfahren zum Überwachen einer Brennkraftmaschine, die abhängig von Betriebsparametern ent weder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ = 1) oder mit einem hohen Luftüberschuss unter Bildung eines geschichteten Luft-Kraftstoff-Gemisches (λ << 1; Magerbetrieb) betrieben wird, vorgesehen, dass während des Betriebes der Brennkraft maschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ << 1 beim Unterschreiten einer Einspritzzeit dauer (Öffnungsdauer) wenigstens eines Kraftstoffeinspritz ventlis auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 umge schaltet wird und dass beim Überschreitender minimalen Ein spritzzeitdauer wieder auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhält nis λ << 1 (sogenannter Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine) umgeschaltet wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit kleinen Einspritz zeitdauern, bei dem die Ventile ausgeprägte Nichtlinearitäten aufweisen, auf homogenen Betrieb und damit auf einen unkriti schen Betrieb mit nur geringem Regelungsbedarf umgeschaltet wird. Damit kann sichergestellt werden, dass der lineare Be reich der Einspritzventile nicht verlassen wird. Andernfalls würden diese kleinen Einspritzzeitdauern eine relativ schlechte Verbrennung nach sich ziehen.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahren zum Über wachen einer Brennkraftmaschine, die abhängig von Betriebspa rametern entweder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ = 1) oder mit einem geringen Luftüberschuss unter Bildung eines homogen-mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches (λ = 1,2 . . . 1,6; sogenannter homogener Magerbetrieb) betrieben wird, ist vor gesehen, dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft verhältnis λ von ungefähr 1,2 bis 1,6 beim Unterschreiten ei ner minimalen Einspritzzeitdauer wenigstens eines Kraftstoff einspritzventils auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homo genem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 umgeschaltet wird und dass beim Überschreiten der minimalen Einspritzzeitdauer wieder auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft verhältnis λ = 1,2 . . . 1,6 (sogenannter homogener Magerbetrieb der Brennkraftmaschine) umgeschaltet wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit kleinen Einspritzzeitdauern, bei dem die Ventile ausgeprägte Nichtlinearitäten aufweisen, auf homogenen Betrieb und damit auf einen unkritischen Betrieb mit nur geringem Regelungsbe darf umgeschaltet wird. Damit kann sichergestellt werden, dass der lineare Bereich der Einspritzventile nicht verlassen wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass permanent die Einspritzzeitdauer der Kraftstoffeinspritzven tile oder zumindest eines Ventils überwacht wird. Diese Über wachung kann entweder am Ventil selbst mittels geeignetem Messaufnehmer erfolgen oder auf einfachere Weise aus dem e lektrischen Ansteuersignal für das Einspritzventil hergelei tet werden. Auf diese Weise kann der optimale Umschaltpunkt zwischen geschichtetem und homogenem Betrieb, der zuvor an hand von Messungen an den Ventilen festgelegt wurde, gefunden und während des Betriebs der Brennkraftmaschine zuverlässig eingehalten werden.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass zur Überwachung des von der Brennkraftmaschine in dizierten Drehmomentes oder eine zum Drehmoment proportionale Größe während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit homoge nem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1, wo bei in den homogenen Betrieb nach einer Unterschreitung einer minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min umgeschaltet wurde, ein Zähler auf einen Wert "Null" gesetzt wird, wobei die Zähler inkremente standardmäßig auf einen Wert "Eins" gesetzt sind. Anschließend wird der Zähler hochgezählt, bis ein Zähler schwellwert erreicht ist, wobei die Zählerinkremente mit ei nem Faktor multipliziert werden, der abhängig ist von einem Wunschdrehmoment, und dass nach Erreichen des Zählerschwell werts auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ << 1 umge schaltet wird. Durch diese Gewichtung der Inkremente des Zäh lers mit dem Wunschdrehmoment wird der Übergang in den Schichtbetrieb sehr schnell wieder freigegeben, sobald das geforderte Drehmoment wieder im Bereich linearer Schicht- Einspritzzeitdauern ist. Fall das geforderte Drehmoment dage gen unterhalb des Bereichs linearer Schicht- Einspritzzeitdauern ist, kann der Faktor zu "Null" gesetzt werden, wodurch der Zähler eingefroren wird, bis die gefor derten Drehmomente wieder ansteigen.

Schließlich sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit ge schichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch das von der Brennkraftma schine indizierte Drehmoment oder die zum Drehmoment propor tionale Größe mit einem Schwellenwert für das indizierte Drehmoment verglichen wird und dass beim Überschreiten dieses Schwellenwerts auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homoge nem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 um geschaltet wird. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, dass neben der Überwachung der Einspritzzeitdau ern eine zusätzliche Überwachung des indizierten Drehmoments vorgesehen ist, was die Zuverlässigkeit der Umschaltung zwi schen Magerbetrieb und homogenem Betrieb zum bestmöglichen Zeitpunkt weiter verbessert.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass zur Überwachung des von der Brennkraftmaschine indizierten Drehmomentes oder eine zum Drehmoment proportionale Größe während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1, wobei in den homogenen Betrieb nach einer Unterschreitung einer mi nimalen Einspritzzeitdauer T_E,min umgeschaltet wurde, ein Zäh ler auf einen Wert "Null" gesetzt wird, wobei die Zählerin kremente standardmäßig auf einen Wert "Eins" gesetzt sind. Anschließend wird der Zähler hochgezählt, bis ein Zähler schwellwert erreicht ist, wobei die Zählerinkremente mit ei nem Faktor multipliziert werden, der abhängig ist von einem Wunschdrehmoment, und dass nach Erreichen des Zählerschwell werts auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ von unge fähr 1,2 bis 1,6 umgeschaltet wird. Durch diese Gewichtung der Inkremente des Zählers mit dem Wunschdrehmoment wird der Übergang in den homogenen Magerbetrieb sehr schnell wieder freigegeben, sobald das geforderte Drehmoment wieder im Be reich linearer Schicht-Einspritzzeitdauern ist. Fall das ge forderte Drehmoment dagegen unterhalb des Bereichs der linea ren Einspritzzeitdauern ist, kann der Faktor zu "Null" ge setzt werden, wodurch der Zähler eingefroren wird, bis die geforderten Drehmomente wieder ansteigen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgese hen, dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch das von der Brenn kraftmaschine indizierte Drehmoment oder die zum Drehmoment proportionale Größe mit einem Schwellenwert für das indizier te Drehmoment verglichen wird und dass beim Überschreiten dieses Schwellenwerts auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 umgeschaltet wird. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, dass neben der Überwachung der Einspritz zeitdauern eine zusätzliche Überwachung des indizierten Dreh moments vorgesehen ist, was die Zuverlässigkeit der Umschal tung zwischen Magerbetrieb und homogenem Betrieb zum bestmög lichen Zeitpunkt weiter verbessert.

Bei den verschiedenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfah rens kann es von Vorteil sein, wenn die Schwellenwerte für das Drehmoment und die Zählerschwellwerte experimentell er mittelt werden und in einem Speicher einer die Brennkraftma schine steuernden Steuerungseinrichtung abgelegt sind. Auf diese Weise können sehr exakte und zuverlässig reproduzierba re Regelungsstrategien realisiert werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftver hältnis λ << 1 und oder beim Betrieb mit homogen-magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1,2 . . . 1,6) als die zum Drehmoment proportionale Größe der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmassenstrom herangezogen wird, da dieser Messwert in aller Regel bereits zur Verfügung steht und da ein enger Zusammenhang zwischen dem Kraftstoffmassenstrom und dem Dreh moment besteht.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den ab hängigen Ansprüchen sowie der Figurenbeschreibung zu entneh men.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma schine mit Direkteinspritzung, bei der das erfin dungsgemäße Verfahren angewandt wird,

Fig. 2a ein erstes Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Über wachen und Steuern der Brennkraftmaschine,

Fig. 2b ein zweites Ablaufdiagramm einer Verfahrensvariante entsprechend Fig. 2a,

Fig. 3a ein drittes Ablaufdiagramm einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen und Steuern der Brennkraftmaschine und

Fig. 3b ein viertes Ablaufdiagramm zum Überwachen und Steu ern der Brennkraftmaschine.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele des erfin dungsgemäßen Verfahrens anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Dabei sind gleiche Teile bzw. gleiche Verfahrensschritte teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen; diese werden dann teilweise nicht mehrfach erläutert.

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung, die abhän gig von Betriebsparametern sowohl mit homogenem Gemisch (ho mogen mit einer Luftzahl λ = 1 oder homogen λ < 1), als auch mit geschichteter Ladung λ << 1 betreibbar ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbe sondere ist nur ein Zylinder einer mehrzylindrigen Brenn kraftmaschine mit Direkteinspritzung dargestellt.

Ein Kolben 10 begrenzt in einem Zylinder 11 einen Brennraum 12. In den Brennraum 12 mündet ein Ansaugkanal 13, durch den gesteuert durch ein Einlassventil 14 die Verbrennungsluft in den Brennraum 12 strömt. Gesteuert durch ein Auslassventil 15 zweigt vom Brennraum 12 ein Abgaskanal 16 ab, in dessen wei teren Verlauf ein Sauerstoffsensor in Form einer breitbandi gen (linearen) Lambdasonde 17 und ein NO_x-Speicherkatalysator 18 angeordnet ist.

Mit dem Signal der Lambdasonde 17 wird die Luftzahl entspre chend den Sollwertvorgaben in den verschiedenen Betriebsbe reichen der Brennkraftmaschine geregelt. Diese Funktion über nimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung, die vorzugsweise in eine Steuerungseinrichtung 21 der Brennkraft maschine integriert ist.

Zur Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches der Brennkraftma schine im optimalen Lambda-Fenster während des stöchiometri schen Betriebs ist das Signal eines nach dem NO_x- Speicherkatalysator 18 angeordneten Sauerstoffmessaufnehmers 32 als Führungssonde erforderlich. Als Sauerstoffmessaufneh mer 32 dient vorzugsweise eine binäre Lambdasonde (2-Punkt- Lambdasonde) auf der Basis von Zirkonoxid ZrO₂, die bei einem Lambdawert λ = 1 bezüglich ihres Ausgangssignales eine Sprung charakteristik aufweist. Dieses Sondensignal der nach dem NO_x-Speicherkatalysator 18 angeordneten Lambdasonde 32 wird auch zur Steuerung der Speicherregeneration und zur Adaption von Modellgrößen wie z. B. der Sauerstoff- bzw. NO_x- Speicherkapazität eingesetzt. Alternativ zu dem als Führungs sonde dienenden Sauerstoffmessaufnehmer 32 kann auch ein NO_x- Sensor verwendet werden.

Die Temperatur des NO_x-Speicherkatalysators 18, die zur verbrauchs- und emissionsoptimalen Steuerung des Abgasnachbe handlungssystems erforderlich ist, wird mittels eines Tempe raturmodells aus dem Sensorsignal eines im Abgaskanal 16 platzierten Temperatursensors 33 errechnet. Basierend auf diesem Messsignal werden auch Katalysatorheiz- bzw. Katalysa torschutzmaßnahmen eingeleitet. Alternativ hierzu kann die Temperatur des NO_x-Speicherkatalysators 18 auch direkt gemes sen werden, indem ein Temperatursensor unmittelbar im Gehäuse desselben angeordnet wird.

Der NO_x-Speicherkatalysator dient dazu, um in Betriebsberei chen mit magerer Verbrennung die geforderten Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschich tung die bei magerer Verbrennung erzeugten NO_x-Verbindungen im Abgas.

Um die speziell bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinsprit zung und Schichtladebetrieb auftretenden NO_x-Emissionen der Brennkraftmaschine zu verringern, ist eine Abgasrückführvor richtung vorgesehen. Durch Zumischen von Abgas zur angesaug ten Frischluft wird die Verbrennungs-Spitzentemperatur ge senkt, wodurch die temperaturabhängige Stickoxidemission re duziert wird. Zum Rückführen eines definierten Teilstromes des Abgases zweigt deshalb vom Abgaskanal 16 in Strömungs richtung des Abgases gesehen vor dem NO_x-Speicherkatalysator 18 eine Abgasrückführleitung 19 ab, die stromabwärts einer Drosselklappe 20 in den Ansaugkanal 13 mündet. Die Menge des rückgeführten Abgases wird durch das Verändern des Tastver hältnisses eines von der Steuerungseinrichtung 21 ausgegebe nen Signales für ein ansteuerbares Ventil 22, in der Regel als Abgasrückführventil bezeichnet, eingestellt.

Die zur Verbrennung im Zylinder 11 notwendige Frischluft strömt über einen hier nicht dargestellten Luftfilter und ei nen Luftmassenmesser 23 in den Ansaugtrakt 13 zu einer Dros selklappe 20. Bei dieser Drosselklappe 20 handelt es sich um ein elektromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas- System), dessen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrerwunsch, Wunschdrehmoment, TQ_wunsch) auch unabhängig davon über Signale der Steuerungseinrichtung 21 einstellbar ist. Damit lassen sich beispielsweise störende Lastwechselreaktionen des Fahrzeugs beim Gasgeben und - wegnehmen genauso reduzieren wie Drehmomentsprünge beim Über gang vom Betrieb mit homogenem Gemisch zum Betrieb mit ge schichteter Ladung und ungedrosseltem Luftweg. Zugleich wird zur Überwachung ein Signal für die Stellung der Drosselklappe 20 an die Steuerungseinrichtung 21 abgegeben.

Ein Temperatursensor 24 erfasst die Temperatur der Ansaugluft im Ansaugkanal 13 der Brennkraftmaschine und gibt ein ent sprechendes Signal an die Steuerungseinrichtung 21 ab. Der Temperatursensor 24 kann in einer bevorzugten Ausführungsform in den Luftmassenmesser 23 integriert sein.

In den Brennraum 12 ragt eine Zündkerze 25 und ein Einspritz ventil 26, durch das entgegen den Kompressionsdruck im Brenn raum 12 der Kraftstoff eingespritzt wird. Die Förderung und Bereitstellung des Kraftstoffes für dieses Einspritzventil 26 erfolgt durch ein bekanntes Kraftstoffversorgungssystem für Benzin-Direkteinspritzung, wobei von dem zugehörigen Kraft stoffkreislauf lediglich ein Hochdruckspeicher 27 dargestellt ist, an den die einzelnen Einspritzventile angeschlossen sind.

Ein Temperatursensor 28 erfasst ein der Temperatur der Brenn kraftmaschine entsprechendes Signal, beispielsweise über eine Messung der Kühlmitteltemperatur. Die Drehzahl N der Brenn kraftmaschine wird mit Hilfe eines Markierungen der Kurbelwelle oder eines mit ihr verbundenen Geberrades abtastenden Sensors 29 erfasst. Beide Signale werden der Steuerungsein richtung 21 zur weiteren Verarbeitung, u. a. zur Steuerung der Brennkraftmaschine hinsichtlich der zu wählenden Steuerstra tegie - homogenes Gemisch oder geschichtetes Gemisch - zuge führt.

Weitere Steuerparameter, die zum Betrieb der Brennkraftma schine benötigt werden, wie beispielsweise Gaspedalstellung, Signale von Klopfsensoren, Batteriespannung, Fahrdynamik- Anforderungen usw. sind ebenfalls der Steuerungseinrichtung 21 zugeführt und sind allgemein in der Figur mit dem Bezugs zeichen 30 gekennzeichnet. Über die bereits erwähnten Parame ter wird in der Steuerungseinrichtung 21 durch Abarbeiten ab gelegter Steuerungsroutinen u. a. der Lastzustand der Brenn kraftmaschine erkannt, die NO_x-Rohemission der Brennkraftma schine und der Beladungsgrad des NO_x-Speicherkatalysators be stimmt. Auch werden die Parameter derart aufbereitet und wei terverarbeitet, dass bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine u. a. eine Umschaltung vom Betrieb mit ho mogenem Gemisch auf Betrieb mit Schichtladung und umgekehrt durchgeführt und/oder eine Rückführung von Abgas eingeleitet werden kann.

Außerdem ist in der Steuerungseinrichtung 21 ein Block 31 zur Drehmomentermittlung und Drehmomentüberwachung vorgesehen, dessen Funktion noch eingehender erklärt wird.

Ferner ist die Steuerungseinrichtung 21 mit einer Spei chereinrichtung 34 verbunden, in dem u. a. verschiedene Schwellenwerte SW_TQ,I, SW_TQ,Ix, sowie mindestens ein Kennfeld KF1 gespeichert sind, deren jeweilige Bedeutung anhand der Beschreibung der nachfolgenden Figur noch näher erläutert wird.

In der Fig. 2a ist in Form eines schematisch wiedergegebenen Ablaufplanes eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung und Steuerung der Brennkraftma schine wiedergegeben. Ausgehend von einer Grundeinstellung der Brennkraftmaschine, die im Schichtbetrieb (λ << 1) mit ho hem Luftüberschuss betrieben wird (Verfahrensschritt S1), wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S2 die Ein spritzzeitdauer T_E,schicht für den Schichtbetrieb überwacht. Diese Überwachung kann entweder am Ventil selbst mittels ge eignetem Messaufnehmer erfolgen oder ggf. auf einfachere Wei se aus einem elektrischen Ansteuersignal für das Einspritz ventil hergeleitet werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt S3 erfolgt ein Vergleich der tatsächlichen oder der errechneten bzw. der aus dem An steuersignal abgeleiteten Einspritzzeitdauer T_E,schicht mit ei ner minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min:

T_E,schicht < T_E,min? (S3)

Ergibt diese Abfrage, dass die Einspritzzeitdauer kleiner ist als die minimale Einspritzzeitdauer (T_E,schicht < T_E,min), so er folgt im nächsten Verfahrensschritt S4 eine Umschaltung der Brennkraftmaschine in einen Homogenbetrieb (λ = 1). Ist die Ab frage negativ, verbleibt die Brennkraftmaschine im Schichtbe trieb, was durch einen Rücksprung des Verfahrens zum Verfah rensschritt S2 verdeutlicht ist. Diese Abfrage wird in regel mäßigen und sehr kurzen Abständen solange wiederholt, bis die Abfrage positiv ist und zum Verfahrensschritt S4 weitergegan gen werden kann.

Im daran anschließenden Schritt S5 befindet sich die Brenn kraftmaschine im homogenen Betrieb (λ = 1). Im nachfolgenden Verfahrensschritt S6 erfolgt wiederum eine Überwachung der Einspritzzeitdauer T_E für den Homogenbetrieb.

In einem weiteren Verfahrensschritt S7 erfolgt wie in Schritt S3 wiederum ein Vergleich der errechneten Einspritzzeitdauer T_E mit der minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min. Ergibt diese Abfrage, dass die Einspritzzeitdauer kleiner ist als die mi nimale Einspritzzeitdauer (T_E < T_E,min), so erfolgt ein Rück sprung auf den Verfahrensschritt S5, d. h. die Brennkraftma schine verbleibt im homogenen Betrieb. Ist die Abfrage im Verfahrensschritt S7 dagegen negativ, erfolgt im nächsten Verfahrensschritt S8 eine Umschaltung der Brennkraftmaschine in den Schichtbetrieb (λ << 1), was durch einen Rücksprung zum Ausgangspunkt im Verfahrensschritt S1 verdeutlicht wird.

In der Fig. 2b ist in Form eines schematisch wiedergegebenen Ablaufplanes eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung und Steuerung der Brennkraftmaschine wieder gegeben. Ausgehend von einer Grundeinstellung der Brennkraft maschine, die im sogenannten homogenen Magerbetrieb mit einem relativ geringen Luftüberschuss (λ = 1,2 . . . 1,6) betrieben wird (Verfahrensschritt S11), wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S12 die Einspritzzeitdauer T_E,mager für den Magerbetrieb überwacht. Diese Überwachung kann entweder am Ventil selbst mittels geeignetem Messaufnehmer erfolgen oder auf einfachere Weise aus dem elektrischen Ansteuersignal für das Einspritzventil hergeleitet werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt S13 erfolgt ein Vergleich der tatsächlichen oder der errechneten bzw. der aus dem An steuersignal abgeleiteten Einspritzzeitdauer T_E,mager mit einer minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min:

T_E,mager < T_E,min? (S13)

Ergibt diese Abfrage, dass die Einspritzzeitdauer kleiner ist als die minimale Einspritzzeitdauer (T_E,mager < T_E,min), so erfolgt im nächsten Verfahrensschritt S14 eine Umschaltung der Brenn kraftmaschine in den Homogenbetrieb (λ = 1). Ist die Abfrage im Schritt S13 dagegen negativ, verbleibt die Brennkraftmaschine im homogenen Magerbetrieb, was durch einen Rücksprung des Verfahrens zum Verfahrensschritt S12 verdeutlicht ist. Diese Abfrage wird in regelmäßigen und sehr kurzen Abständen solange wiederholt, bis die Abfrage positiv ist und zum Verfah rensschritt S14 weitergegangen werden kann.

Im daran anschließenden Schritt S15 befindet sich die Brenn kraftmaschine im homogenen Betrieb (λ = 1). Im nachfolgenden Verfahrensschritt S16 erfolgt wiederum eine Überwachung der Einspritzzeitdauer T_E,mager für den homogenen Magerbetrieb (λ < 1).

In einem weiteren Verfahrensschritt S17 erfolgt analog zu Schritt S13 wiederum ein Vergleich der errechneten Einspritz zeitdauer T_E,mager mit der minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min. Ergibt diese Abfrage, dass die Einspritzzeitdauer für den ho mogenen Magerbetrieb kleiner ist als die minimale Einspritz zeitdauer (T_E,mager < T_E,min), so erfolgt ein Rücksprung auf den Verfahrensschritt S15, d. h. die Brennkraftmaschine verbleibt im homogenen Betrieb. Ist die Abfrage im Verfahrensschritt S17 dagegen negativ, erfolgt im nächsten Verfahrensschritt S18 eine Umschaltung der Brennkraftmaschine in den homogenen Magerbetrieb (λ < 1; λ = 1,2 . . . 1,6), was durch einen Rück sprung zum Ausgangspunkt (Verfahrensschritt S11) verdeutlicht wird.

Weiterhin ist in der Fig. 3a in Form eines schematisch wie dergegebenen Ablaufplanes eine weitere Variante des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung und Steuerung der Brennkraftmaschine wiedergegeben.

Ausgehend von einer Grundeinstellung der Brennkraftmaschine, die nach einer Unterschreitung einer minimalen Einspritzzeit dauern T_E,min in den homogenen Motorbetrieb (λ = 1) umgeschaltet wurde und anschließend im homogenen Motorbetrieb (λ = 1) be trieben wird (Verfahrensschritt S21), erfolgt in einem nach folgenden Verfahrensschritt S22 eine Überwachung des Wunsch drehmoments (TQ_wunsch) der Brennkraftmaschine, das einer Dreh momentanforderung aufgrund eines Fahrerwunsches entspricht.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt S23 wird ein Zähler auf einen ersten Wert "Null" gesetzt (Z₁ = 0). Gleichzeitig werden Zählerinkremente I_Z auf einen Standardwert "Eins" festgelegt:

I_Z,0 = 1. (S23)

Im Verfahrensschritt S24 wird ein n-ter Zählerwert Z_n mit ei nem Zählerschwellwert SW_Z verglichen, der im Speicher 34 ab gelegt ist:

Z_n < SW_Z? (S24)

Ist der n-te Zählerwert Z_n kleiner als der Zählerschwellwert SW_Z (Z_n < SW_Z), so wird im Verfahrensschritt S26 der Wert des Zählers Z_n um ein Zählerinkrement I_Z erhöht:

Z_n = Z_n-1 + I_Z. (S26)

Die jeweils zum der Wert des Zählers Z_n addierten Zählerin kremente I_Z setzen sich zusammen aus dem Produkt des stan dardmäßig auf einem Wert von "Eins" stehenden Zählerinkre ments I_Z,0 und einem Drehmomentfaktor F_TQ(TQ_wunsch), der vom Wunschdrehmoment abhängt, das vom Fahrer vorgegeben wird:

I_Z = I_Z,0.F_TQ(TQ_wunsch). (S26)

Anschließend wird die Abfrage im Verfahrensschritt S24 (Z_n < SW_Z?) so lange wiederholt, bis sie ein negatives Ergebnis zeigt, wonach im Verfahrensschritt S28 auf einen geschichte ten Motorbetrieb (λ << 1) umgeschaltet wird. Im daran anschlie ßenden Schritt S29 befindet sich die Brennkraftmaschine im Schichtladetrieb (λ << 1). Im nachfolgenden Verfahrensschritt S30 erfolgt eine Überwachung der Einspritzzeitdauer T_E für den Schichtbetrieb (λ << 1) sowie eine Überwachung des aktuel len Drehmoments TQ_I oder ggf. des Wunschdrehmoments Tq_wunsch.

In einem weiteren Verfahrensschritt S31 erfolgt ein Vergleich der tatsächlichen oder der errechneten bzw. der aus dem An steuersignal abgeleiteten Einspritzzeitdauer T_E,schicht mit der minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min:

T_E,schicht < T_E,min? (S31)

Ergibt diese Abfrage, dass die Einspritzzeitdauer kleiner ist als die minimale Einspritzzeitdauer (T_E,schicht < T_E,min), so er folgt im Verfahrensschritt S32 eine Umschaltung in den Homo genbetrieb (λ = 1), wonach ein Rücksprung zum Verfahrensschritt S21 erfolgt. Ist die Abfrage im Verfahrensschritt S31 dagegen positiv (T_E,schicht < T_E,min), erfolgt im nächsten Verfahrens schritt S33 eine Abfrage, ob das aktuelle Drehmoment TQ_I den vorgegebenen Schwellenwert SW_TQ,I übersteigt:

TQ_I < SW_TQ,I? (S33)

Ist diese Abfrage negativ, erfolgt ein Rücksprung vor den Verfahrensschritt S30; d. h. die Brennkraftmaschine verbleibt im Schichtbetrieb (λ << 1) und die Verfahrensschritte S30 ff. werden wiederholt. Ist die Abfrage im Verfahrensschritt S33 positiv, erfolgt im Verfahrensschritt S34 eine Umschaltung der Brennkraftmaschine in den homogenen Betrieb (λ = 1). Ausge hend vom homogenen Betrieb können die Verfahrensschritte S21 bis S34 beliebig oft wiederholt werden.

Schließlich ist in der Fig. 3b in Form eines schematisch wiedergegebenen Ablaufplanes eine weitere Variante des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung und Steuerung der Brennkraftmaschine wiedergegeben.

Ausgehend von einer Grundeinstellung der Brennkraftmaschine, die nach einer Unterschreitung einer minimalen Einspritzzeit dauer T_E,min in den homogenen Motorbetrieb (λ = 1) umgeschaltet wurde und anschließend im homogenen Motorbetrieb (λ = 1) be trieben wird (Verfahrensschritt S41), erfolgt in einem nach folgenden Verfahrensschritt S42 eine Überwachung des Wunschdrehmoments (TQ_wunsch) der Brennkraftmaschine, das einer Drehmomentanforde rung aufgrund eines Fahrerwunsches entspricht.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt S43 wird ein Zähler auf einen ersten Wert "Null" gesetzt (Z₁ = 0). Gleichzeitig werden Zählerinkremente I_Z auf einen Standardwert "Eins" festgelegt:

I_Z,0 = 1. (S43)

Im Verfahrensschritt S44 wird ein n-ter Zählerwert Z_n mit ei nem Zählerschwellwert SW_Z verglichen, der im Speicher 34 ab gelegt ist:

Z_n < SW_Z? (S44)

Ist der n-te Zählerwert Z_n kleiner als der Zählerschwellwert SW_Z (Z_n < SW_Z), so wird im Verfahrensschritt S46 der Wert des Zählers Z_n um ein Zählerinkrement I_Z erhöht:

Z_n = Z_n-1 + I_Z. (S45)

I_Z = I_Z,0.F_TQ(TQ_wunsch). (S46)

Anschließend wird die Abfrage im Verfahrensschritt S24 (Z_n < SW_Z?) so lange wiederholt, bis sie ein negatives Ergebnis zeigt, wonach im Verfahrensschritt S48 auf einen homogen- mageren Motorbetrieb (λ < 1; λ = 1,2 . . . 1,6) umgeschaltet wird. Im daran anschließenden Schritt S49 befindet sich die Brennkraftmaschine im homogenen Magerbetrieb (λ < 1). Im nach folgenden Verfahrensschritt S50 erfolgt eine Überwachung der Einspritzzeitdauer T_E,mager für den Magerbetrieb (λ < 1) sowie eine Überwachung des aktuellen Drehmoments TQ_I oder ggf. des Wunschdrehmoments Tq_wunsch.

In einem weiteren Verfahrensschritt S51 erfolgt ein Vergleich der tatsächlichen oder der errechneten bzw. der aus dem An steuersignal abgeleiteten Einspritzzeitdauer T_E,mager mit der minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min:

T_E,mager < T_E,_min? (S51)

Ergibt diese Abfrage, dass die Einspritzzeitdauer kleiner ist als die minimale Einspritzzeitdauer (T_E,mager < T_E,min), so erfolgt im Verfahrensschritt S52 eine Umschaltung in den Homogenbe trieb (λ = 1), wonach ein Rücksprung auf den Verfahrensschritt S41 erfolgt. Ist die Abfrage im Verfahrensschritt S31 dagegen positiv (T_E,mager < T_E,min), erfolgt im nächsten Verfahrensschritt S53 eine Abfrage, ob das aktuelle Drehmoment TQ_I den vorgege benen Schwellenwert SW_TQ,I übersteigt:

TQ_I < SW_TQ,I? (S53)

Ist diese Abfrage negativ, erfolgt ein Rücksprung vor den Verfahrensschritt S50; d. h. die Brennkraftmaschine verbleibt im homogenen Magerbetrieb (λ < 1) und die Verfahrensschritte S50 ff. werden wiederholt. Ist die Abfrage im Verfahrens schritt S53 positiv, erfolgt im Verfahrensschritt S54 eine Umschaltung der Brennkraftmaschine in den homogenen Betrieb (λ = 1). Ausgehend vom homogenen Betrieb können die Verfahrens schritte S41 bis S54 beliebig oft wiederholt werden.

Diese Abfragen entsprechend den Fig. 2a bis 3b erfolgen jeweils zyklisch und regelmäßig in sehr kurzen Zeitabständen, um bei Änderungen der Einspritzparameter eine möglichst schnelle Umschaltung zwischen homogenem und geschichtetem Be trieb der Brennkraftmaschine umschalten zu können und auf diese Weise einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch si cherstellen zu können.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele; vielmehr sind mehrere Varianten denkbar, die von der darge stellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Aus führungen Gebrauch machen.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen einer Brennkraftmaschine, die abhängig von Betriebsparametern entweder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ = 1) oder mit einem hohen Luft überschuss unter Bildung eines geschichteten Luft- Kraftstoff-Gemisches (λ << 1) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass
während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ << 1 beim Unterschreiten einer mini malen Einspritzzeitdauer (T_E,schicht < T_E,mager) wenigstens eines Kraftstoffeinspritzventils auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-Kraftstoff- Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 umgeschaltet wird und
beim Überschreiten der minimalen Einspritzzeitdauer (T_E,schicht < T_E,mager) wieder auf Betrieb der Brennkraft maschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ << 1 umgeschaltet wird.

2. Verfahren zum Überwachen einer Brennkraftmaschine, die abhängig von Betriebsparametern entweder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ = 1) oder mit einem geringen Luftüberschuss unter Bildung eines homogen-mageren Luft- Kraftstoff-Gemisches (λ = 1,2 . . . 1,6) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass
während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ ungefähr zwischen 1,2 und 1,6 beim Unterschreiten einer minimalen Einspritzzeitdauer (T_E,mager < T_E,min) wenigstens eines Kraftstoffeinspritz ventils auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit ho mogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftver hältnis λ = 1 umgeschaltet wird und
beim Überschreiten der minimalen Einspritzzeitdauer (T_E,mager < T_E,min) wieder auf Betrieb der Brennkraftma schine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ ungefähr zwischen 1,2 und 1,6 umgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Einspritzzeitdauer (T_E) wenigs tens eines Kraftstoffeinspritzventils überwacht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Überwachung des von der Brenn kraftmaschine indizierten Drehmomentes (TQ_I) oder eine zum Drehmoment (TQ_I) proportionale Größe während des Be triebs der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft- Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1, wobei in den homogenen Betrieb nach einer Unterschreitung ei ner minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min umgeschaltet wur de,
ein Zähler auf einen Wert "Null" gesetzt wird (Z₀ = 0), wobei die Zählerinkremente (I_Z) standardmä ßig auf einen Wert "Eins" (I_Z,0 = 1) gesetzt sind,
der Zähler hochzählt, bis ein Zählerschwellwert (SW_Z) erreicht ist, wobei die Zählerinkremente (I_Z) mit einem Faktor (F_TQ) multipliziert werden, der abhängig ist von einem Wunschdrehmoment (TQ_wunsch),
nach Erreichen des Zählerschwellwerts (SW_Z) auf Be trieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ << 1 umgeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit ge schichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftver hältnis λ << 1 das von der Brennkraftmaschine indizierte Drehmoment (TQ_I) oder die zum Drehmoment (TQ_I) proportionale Größe mit einem Schwellenwert für das indizierte Drehmoment (SW_TQ,I) verglichen wird
und dass beim Überschreiten dieses Schwellenwerts (TQ_I < SW_TQ,I) auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homo genem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 umgeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Überwachung des von der Brenn kraftmaschine indizierten Drehmomentes (TQ_I) oder eine zum Drehmoment (TQ_I) proportionale Größe während des Be triebs der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft- Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1, wobei in den homogenen Betrieb nach einer Unterschreitung ei ner minimalen Einspritzzeitdauer T_E,min umgeschaltet wur de,
ein Zähler auf einen Wert "Null" gesetzt wird (Z₀ = 0), wobei die Zählerinkremente (I_Z) standardmä ßig auf einen Wert "Eins" (I_Z,0 = 1) gesetzt sind,
der Zähler hochzählt, bis ein Zählerschwellwert (SW_Z) erreicht ist, wobei die Zählerinkremente (I_Z) mit einem Faktor (F_TQ) multipliziert werden, der abhängig ist von einem Wunschdrehmoment (TQ_wunsch),
nach Erreichen des Zählerschwellwerts (SW_Z) auf Be trieb der Brennkraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ von ungefähr 1,2 bis 1,6 umgeschaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit homo gen-magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftver hältnis λ = 1,2 . . . 1,6 das von der Brennkraftmaschine indi zierte Drehmoment (TQ_I) oder die zum Drehmoment (TQ_I) proportionale Größe mit einem Schwellenwert für das in dizierte Drehmoment (SW_TQ,I) verglichen wird und dass beim Überschreiten dieses Schwellenwerts (TQ_I < SW_TQ,I) auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft- Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ = 1 umge schaltet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zählerschwellwert (SW_Z) und der Schwellenwert für das indizierte Drehmoment (SW_TQ,I) ex perimentell ermittelt werden und in einem Speicher (31) einer die Brennkraftmaschine steuernden Steuerungsein richtung (21) abgelegt sind.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ << 1 und/oder beim Betrieb der Brenn kraftmaschine mit homogen-magerem Luft-Kraftstoff- Gemisch mit einem Luftverhältnis λ von ungefähr 1,2 bis 1,6 als die zum Drehmoment (TQ_I) proportionale Größe der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmassenstrom (KST) herangezogen wird.