DE102004011709A1 - Verfahren zur Verbrauchsverbesserung von Motoren mit Bezindirekteinspritzung und Schichtbetrieb oder Homogen-Magerbetrieb - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Benzindirekteinspritzung in einen oder mehrere Zylinder einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden, mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine. Diese weist eine Einrichtung zum Regeln der Ansaugluftmenge auf und verfügt über ansteuerbare Einspritzventile für die Zumessung des direkt eingespritzten Kraftstoffes für jeden Zylinder. Ferner weist diese einen Abgaskatalysator mit einem Stickoxidspeicher oder einen SCR-Katalysator in einer Abgasanlage auf. Dabei wird erstmals vorgeschlagen, bei aktivem Schichtbetrieb oder Homogen-Magerbetrieb der Brennkraftmaschine bei geeigneten Lasten die Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einem Zylinder zu unterbrechen, wobei eine Trennung des wenigstens einen abgeschalteten Zylinders von der nachfolgenden Abgasanlage unterbleibt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Mikroprozessor, ein Steuergerät oder eine Software zur Durchführung des Verfahrens. Schließlich betrifft die Erfindung eine damit ausgerüstete Brennkraftmaschine.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Kraftstoffeinspritzung, insbesondere einer Benzindirekteinspritzung, in einen oder mehrere Zylinder einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden, mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Mikroprozessor nach Anspruch 9, ein Steuergerät nach Anspruch 10 sowie eine Software nach Anspruch 12 zur Durchführung des Verfahrens.
• Dem Fachmann ist aus der Praxis bekannt, dass Verbrennungsmotoren mit zunehmender Last prinzipiell einen abnehmenden spezifischen Kraftstoffverbrauch aufweisen. Bei Motoren mit mehreren Zylindern lassen sich entsprechend bei niedrigen Lasten durch Zylinderabschaltung Verbrauchseinsparungen realisieren. Bei modernen Benzinmotoren mit Dreiweg-Katalysatoren muss neben der Kraftstoffzufuhr zum entsprechenden Zylinder auch die Betätigung der Aus- oder Einlassventile deaktiviert werden, damit von dem leer laufenden Zylinder keine Luft gefördert wird. Diese Luft würde, falls al le abgeschalteten Zylinder alleine über einen nachgeschalteten Katalysator verfügen diesen abkühlen, so dass bei einer erneuten Aktivierung der stillgelegten Zylinder vorübergehend erhöhte Abgasemissionen auftreten würden. Falls einem Katalysator mehrere gefeuerte und ungefeuerte Zylinder zugeordnet sind, würde sich ohne Ventildeaktivierung ein Luftüberschuss im Katalysator einstellen. Bei Luftüberschuss ist jedoch eine Dreiweg-Konvertierung der Stickoxide nicht möglich. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise hochwertige 8-Zylinder oder 12-Zylinder Motoren mit Zylinderabschaltung zur Verbrauchsreduzierung bekannt, die mit hohem konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand den Ventiltrieb und die Kraftstoffeinspritzung synchron deaktivieren und aktivieren.
• Aus der DE 195 49 076 A1 der selben Anmelderin ist ein Verfahren zur Unterdrückung des beim Übergang von Zug- auf Schubbetrieb auftretenden Ruckelns einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges dienenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem zur Dämpfung eines Drehmomentabfalls zumindest ein Zylinder früher als die restlichen Zylinder abgeschaltet wird.
• Nun hat sich zudem bei Abstimmungsarbeiten im Hause der selben Anmelderin an modernen Motoren bzw. Brennkraftmaschinen der jüngsten Generation mit Benzindirekteinspritzung herausgestellt, dass bei rollendem Fahrzeug und niedrigen Lasten die Abschaltung der Einspritzung in eine Gruppe von Zylindern vom Fahrer nicht wahrnehmbar ist.
• Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der eingangs diskutierten Nachteile, ein Verfahren zur Regelung einer Benzindirekteinspritzung anzugeben, durch das insbesondere bei niedrigen oder bei mitt leren Lasten ein verbrauchsgünstiger, stabiler Betrieb ohne Fahrfehler und/oder ohne Komforteinbußen möglich ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
• Dabei wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer Benzindirekteinspritzung in einen oder mehrere Zylinder einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden, mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Brennkraftmaschine weist dabei eine Einrichtung zum Regeln der Ansaugluftmenge auf, die beispielsweise als eine von der Motorsteuerung bzw. vom Steuergerät elektrisch betätigte Drosselklappe ausgebildet sein kann. Die Brennkraftmaschine verfügt ferner über ansteuerbare Einspritzventile für die Zumessung bzw. Dosierung des direkt eingespritzten Kraftstoffes für jeden Zylinder. Die Ansteuerung der Einspritzventile kann beispielsweise sequentiell und/oder selektiv durch ein weiteres oder das selbe Steuergerät erfolgen. Weiterhin sind ein Dreiweg-Abgaskatalysator, ein diskontinuierlich arbeitender Stickoxidspeicherkatalysator oder ein SCR-Katalysator in einer Abgasanlage bzw. einem Abgasstrang vorgesehen, wobei die Abgasanlage bzw. der Abgasstrang meist eine externe oder interne Abgasrückführung aufweist. Dabei kann alternativ zum Dreiweg-Katalysator mit Stickoxidspeicher die Abgasnachbehandlung auch durch das SCR-System erfolgen.
• Dabei wird bei geeigneten Lasten vorgeschlagen, dass bei aktivem Schichtladebetrieb oder Homogen-Magerbetrieb die Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine unterbrochen wird, und dass eine Trennung des wenigstens einen abgeschalteten Zylinders von der nachfolgenden Abgasanlage bzw. vom Abgasstrang unterbleibt.
• Derlei geeignete Lasten können beispielsweise nach dem Anfahren des Fahrzeuges oder bei entsprechend niedrigen Lasten, die beispielsweise unterhalb eines bestimmten durch die Gaspedalstellung vorgegebenen Soll-Drehmoments bis zu 60 Nm Drehmoment liegen, oder bei mittleren Lasten bis zu 120 Nm bis 140 Nm Drehmoment gegeben sein.
• Damit werden in vorteilhafter Weise die eingangs diskutierten Nachteile generell vermieden.
• Dabei sind in vorteilhafter Weise vor allem im Schichtbetrieb bei niedriger Last zum Beispiel bei einem. Vierzylindermotor durch Abschalten der Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder 2 und 3 oder 1 und 4 erhebliche Verbrauchseinsparungen möglich. In analoger Weise ist diese Vorgehensweise beispielsweise bei Sechszylindermotoren bis hin zu mittleren Lasten anwendbar.
• Infolge des nochmals erhöhten Luftüberschusses gestaltet sich allerdings die externe Abgasrückführung erschwert, unter Umständen ist die optimale Rückführrate nicht mehr uneingeschränkt realisierbar. Dieser eventuelle leichte Nachteil im Kraftstoffverbrauch wird jedoch durch die Vorteile einer Zylinderabschaltung mehrfach aufgewogen. Eine interne Abgasrückführung zum Beispiel durch Einstellung einer entsprechenden Ventilüberschneidung bleibt von der Zylinderabschaltung nahezu unbeeinflusst.
• Dabei kann zugleich in vorteilhafter Weise beispielsweise bei einer Abschaltung von zwei Zylindern eines 4- Zylinder-Ottomotores der spezifische Verbrauch von beispielsweise zuvor 315 g/kWh auf unter 280 g/kWh gesenkt werden.
• Die vorstehend erstmals vorgeschlagene Lösung bietet nicht nur den Vorteil einer besonders günstigen Herstellbarkeit der damit ausgestatteten Motoren, sondern sie bietet auch den Vorteil, dass hierbei der Umstand, dass die Abgasnachbehandlung bei einem im Schichtladebetrieb betriebenen Ottomotor ohnehin auf Luftüberschuss ausgelegt ist, derart synergetisch positiv ausgenutzt werden kann, dass bei einer Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder dieser bzw. diese erstmals in vorteilhafter Weise nicht mehr von der Abgasanlage bzw. vom Abgasstrang getrennt werden muss bzw. müssen.
• Folglich werden im erfindungsgemäß gemischten Schichtladebetrieb und Einspritzungsabschaltebetrieb im 3-Weg-Katalysator unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid mit dem im Überschuss vorhandenen Sauerstoff oxidiert. Die Stickoxide lagern sich im NO_x-Speicher ein und werden zyklisch mit fettem Gemisch regeneriert. Um das für die Stickoxid-Regeneration notwendige fette Gesamt-Gemisch zu erzeugen, werden zweckmäßigerweise wieder alle Zylinder befeuert.
• Durch die Erfindung wird in synergetischer Weise der Vorteil mit ausgenutzt, dass die Abschaltung einzelner Zylinder bei rollendem Fahrzeug und niedrigen Lasten üblicherweise keine für den Fahrer spürbare Verschlechterung der Laufruhe des Motors mit sich bringt, so dass nicht nur eine Einhaltung der strengen Euro-4-Abgasnorm gewährleistet ist und zugleich erhebliche Kraftstoffeinsparungen realisierbar sind, sondern auch weiterhin die gewohnte Laufruhe und der gewünschte Komfort beim Betrieb eines solchen Kraftfahrzeuges sichergestellt sind.
• Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise mittels eines entsprechend programmierten Mikroprozessors, eines entsprechend aufgebauten Steuergeräts oder einer diesbezüglich programmierten Software ausgeführt werden. Ferner kann in vorteilhafter Weise eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Mikroprozessor und/oder mit einem solchen Steuergerät ausgestattet sein.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Variationen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
• So ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die Drosselklappe weiter geöffnet wird. Damit kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass trotz einer Kraftstoffabschaltung einzelner Zylinder ein vom Fahrer gewünschtes Gesamtdrehmoment aufrecht erhalten werden kann, in dem die restlichen Zylinder eine höhere Füllung erhalten.
• In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzmenge der weiter gefeuerten Zylinder anteilig um einen Betrag kleiner als die Summe der ursprünglichen Einspritzmengen der unterbrochenen Zylinder erhöht.
• Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine äußere oder gegebenenfalls auch eine innere Abgasrückführung weiterhin erfolgt. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass nicht nur die Ziele einer besonders ausgeprägten Kraftstoffersparnis erreicht werden, sondern zugleich eine besonders gute Einhaltung von Emissionsvorschriften gewährleistet ist.
• Darüber hinaus wurde in ersten Versuchen im Hause der Anmelderin festgestellt, dass vorstehend diskutierte Vorteile nicht nur im Schichtladebetrieb, sondern auch im sogenannten Homogen-Magerbetrieb realisierbar sind.
• Weiterhin ist vorgesehen, dass die abzuschaltenden Zylinder alternierend mit Treibstoff versehen oder abgeschaltet werden können.
• Wie bereits vorstehend angesprochen, hilft die Zylinderabschaltung bei einem Mehrzylindermotor bei einer niedrigen Gesamtbelastungen den Kraftstoffverbrauch zu senken, wobei in weiter vorteilhafter Weise die restlichen Zylinder bei einer höheren Last und dementsprechend spezifisch verbrauchsgünstiger betrieben werden können.
• In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die externe Abgasrückführung ausgeschaltet wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass die interne Abgasrückführung aktiv bleibt. Dies ist von Vorteil, da die Dosierung hierbei nicht verändert werden muß. Dementsprechend bedarf es in vorteilhafter Weise keiner Änderung der für die Rückführung notwendigen Parameter.
• Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffzufuhr zu den restlichen Zylindern anteilig um einen Betrag kleiner als die Summe der ursprünglichen Einspritzmengen der unterbrochenen Zylinder erhöht wird.
• Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur weiteren Verbrauchsverbesserung in den abgeschalteten Zylindern keine Zündungen mehr ausgelöst werden. Damit kann zudem die Leistungsaufnahme der Lichtmaschine in vorteilhafter Weise verringert werden.
• Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge wird vorgeschlagen, dass eine Einspritzung in alle Zylinder bei Stickoxid-Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators erfolgt.
• Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrzylindermotors mit Benzin-Direkteinspritzung für Schichtbetrieb mit Luftüberschuß verfügt zur Abgasnachbehandlung über einen Dreiweg-Katalysator und einen Stickoxid-Speicher. Im Schichtbetrieb werden unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid entsprechend im Dreiweg-Katalysator zu Wasser und Kohlendioxid oxidiert. Dabei lagern sich die Stickoxide im Luftüberschuß über Intervalle von bis zu etwa einer Minute Dauer im Speicher an. Durch kurze Fett-Gemischphasen werden die gespeicherten Stickoxide mit den bei fettem Gemisch in hoher Konzentration vorhandenen Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden zyklisch in Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umgewandelt.
• Diese Form der Abgasnachbehandlung speziell bzgl. der Stickoxide ist in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß ebenfalls wirksam, falls die Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder unterbrochen wird und diese Zylinder weiter Luft durch die Abgasanlage fördern. Entsprechend lassen sich bei einem solchen erfindungsgemäßen Motor bei niedrigen Lasten deutliche Verbrauchsverbesserungen ohne die bekannt aufwendi ge Ventil-Deaktivierung erzielen. Analoges gilt auch bei Abgasnachbehandlung durch einen SCR-Katalysator.
• Die vorstehend diskutierte Erfindung schlägt ein Verfahren zur Regelung einer Kraftstoffeinspritzung, insbesondere einer Benzindirekteinspritzung, in einen oder mehrere Zylinder einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden, mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine vor. Diese weist eine von der Steuereinheit elektrisch betätigte Drosselklappe zum Regeln der Ansaugluftmenge auf und verfügt über sequentiell und/oder selektiv durch eine Steuereinheit ansteuerbare Einspritzventile für die Zumessung des direkt eingespritzten Kraftstoffes für jeden Zylinder. Ferner weist diese einen Abgaskatalysator sowie einen Stickoxidspeicherkatalysator in einer Abgasanlage auf. Dabei wird bei niedrigen Lasten und aktivem Schichtladebetrieb oder Homogen-Magerbetrieb vorgeschlagen die Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einem Zylinder oder Paaren von Zylindern zu unterbrechen und die Kraftstoffzufuhr zu den restlichen Zylindern anteilig um einen Betrag kleiner als die Summe der ursprünglichen Einspritzmengen der unterbrochenen Zylinder zu erhöhen, und dass eine Trennung des wenigstens einen abgeschalteten Zylinders von der nachfolgenden Abgasanlage unterbleibt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Regelung einer Benzindirekteinspritzung, in einen oder mehrere Zylinder einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden, mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Regeln der Ansaugluftmenge, ansteuerbaren Einspritzventilen für die Zumessung des direkt eingespritzten Kraftstoffes für jeden Zylinder, und mit einem Abgaskatalysator mit einem Stickoxidspeicher oder einem SCR-Katalysator in einem Abgasstrang sowie mit einer bei geeigneten Lasten einsetzenden Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einem Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass im Schichtladebetrieb oder im Homogen-Magerbetrieb eine Trennung des wenigstens einen abgeschalteten Zylinders vom Abgasstrang unterbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe weiter geöffnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Abgasrückführung weiterhin erfolgt, wobei die Öffnung eines externen Abgasrückführventils vergrößert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Abgasrückführung abgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine interne Abgasrückführung aktiv bleibt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhr zu den restlichen Zylindern anteilig um einen Betrag kleiner als die Summe der ursprünglichen Einspritzmengen der unterbrochenen Zylinder erhöht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den abgeschalteten Zylindern keine Zündungen mehr ausgelöst werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzung in alle Zylinder bei Stickoxid-Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators erfolgt.
9. Mikroprozessor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
11. Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät nach Anspruch 10 und/oder mit einem Mikroprozessor nach Anspruch 9.
12. Software zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.