DE102005046952A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten (OPMOD) Kraftstoff eingespritzt wird. Zwischen den Betriebsarten (OPMOD) wird unter zulässiger Variation von mindestens einer ersten und einer zweiten Drehmomentstellgröße von einer Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) auf eine Zielbetriebsart (OPMOD_F) umgeschaltet, falls eine vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist. Die Drehmomentstellgrößen wirken auf Stellglieder der Brennkraftmaschine (10) ein. DOLLAR A Mit der vorgegebenen Umschaltbedingung wird geprüft, ob durch eine für die Zielbetriebsart (OPMOD_F) zulässige Variation der mindestens ersten und zweiten Drehmomentstellgröße ein drehmomentneutrales Umschalten innerhalb eines Zylindersegments in die Zielbetriebsart (OPMOD_F) erreicht werden kann. Ist die vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt, wird unter Variation der mindestens ersten und zweiten Drehmomentstellgröße drehmomentneutral von der Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) auf die Zielbetriebsart (OPMOD_F) umgeschaltet. Ist die vorgegebene Umschaltbedingung nicht erfüllt, wird die Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) beibehalten und mindestens eine der mindestens ersten und zweiten Drehmomentstellgröße und eine mindestens dritte Drehmomentstellgröße werden so lange drehmomentneutral variiert, bis die Umschaltbedingung erfüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine.
  • An Brennkraftmaschinen werden zunehmend höhere Anforderungen bezüglich deren Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Gleichzeitig müssen aufgrund strenger, gesetzlicher Vorschriften auch die Emissionen gering sein. Derartige Anforderungen können gut erfüllt werden, wenn in einem Brennraum der Brennkraftmaschine Kraftstoff in mindestens zwei Betriebsarten eingespritzt wird, wobei zwischen den Betriebsarten umgeschaltet werden kann. Diese Umschaltmöglichkeit hat neben dem Einfluss auf die Rohemissionen der Kohlenwasserstoffe und Stickoxide sowie den Temperaturverlauf des Abgases auch Einfluss auf die Laufunruhe der Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung für eine derartige Brennkraftmaschine.
  • Kraftstoff kann in Brennkraftmaschinen beispielsweise in einem Homogenbetrieb oder in einem Schichtbetrieb in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
  • Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff vorwiegend während der Ansaugphase in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt, und damit bis zur Zündung des Kraftstoffs noch weitgehend verwirbelt, was zu einem weitgehend homogenen Kraftstoff/Luft-Gemisch führt. Der Homogenbetrieb ist vorzugsweise für den Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen.
  • Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff überwiegend während der Verdichtungsphase in den Brennraum eingebracht. Damit ist bei der Zündung des Kraftstoffs eine Brennstoffschichtung im Brennraum gegeben. Der Schichtbetrieb ist hauptsächlich für den Leerlauf- und Teillastbetrieb geeignet.
  • Neben dem Homogenbetrieb oder dem Schichtbetrieb gibt es noch verschiedene Zwischenformen zwischen diesen beiden Betriebsarten bzw. die entsprechenden Betriebsarten kombiniert mit einer Einfacheinspritzung oder einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum.
  • Aus der EP 1 199 469 A2 ist ein Verfahren bekannt zum Steuern einer Brennkraftmaschine, mit Kraftstoffdüsen, mittels denen Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. In einem ersten Schritt des Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine wird diese zuerst in einem Homogenbetrieb mit Einfacheinspritzung betrieben. Der Zündwinkel wird über eine bestimmte Zeit so verändert, dass das Drehmoment abnimmt. Zu einer vorgegebenen Zeit wechselt die Betriebsart von dem Homogenbetrieb mit Einfacheinspritzung zu einem Schichtbetrieb mit Mehrfacheinspritzung. Während des Wechsels vom Homogenbetrieb mit Einfacheinspritzung zum Schichtbetrieb mit Mehrfacheinspritzung wird der Zündwinkel schlagartig so verändert, dass der Übergang von der einen zur anderen Betriebsart drehmomentneutral erfolgt. Die Steuerung kann auch in umgekehrter Weise ausgeführt werden, d.h. dass im Schichtbetrieb mit Mehrfacheinspritzung der Zündwinkel unter Veränderung des Drehmoments zuerst so variiert wird, bis ein Punkt erreicht ist, bei dem von der Betriebsart mit Schichtbetrieb mit Mehrfacheinspritzung zum Homogenbetrieb mit Einfacheinspritzung gewechselt werden kann. Während des Wechsels vom Schichtbetrieb mit Mehrfacheinspritzung zum Ho mogenbetrieb mit Einfacheinspritzung wird der Zündwinkel schlagartig so verändert, dass keine Änderung des Drehmoments auftritt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einen guten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird, wobei ein schneller Momentenstellpfad mindestens eine erste und eine zweite aktuelle Drehmomentstellgröße und ein langsamer Momentenstellpfad mindestens eine dritte aktuelle Drehmomentstellgröße umfasst. Zwischen den Betriebsarten wird unter zulässiger Variation von mindestens der ersten und der zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße von einer Ausgangsbetriebsart auf eine Zielbetriebsart umgeschaltet, falls eine vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist. Die Drehmomentstellgrößen wirken auf Stellglieder der Brennkraftmaschine ein.
  • In einem ersten Schritt des Verfahrens mit der vorgegebenen Umschaltbedingung wird geprüft, ob durch eine für die Zielbetriebsart zulässige Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße ein drehmomentneutrales Umschalten innerhalb eines Zylindersegments in die Zielbetriebsart erreicht werden kann.
  • In einem zweiten Schritt wird, falls die vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist, unter Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße drehmomentneutral von der Ausgangsbetriebsart auf die Zielbetriebsart umgeschaltet, und, falls die vorgegebenen Umschaltbedingung nicht erfüllt ist, wird die Ausgangsbetriebsart beibehalten und mindestens eine der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße und die mindestens dritte aktuelle Drehmomentstellgröße werden solange drehmomentneutral variiert, bis die Umschaltbedingung erfüllt ist.
  • In diesem Zusammenhang wird der Momentenstellpfad als schnell bezeichnet, wenn die Zeitkonstante seiner Stellgrößen nur von der Zeitkonstante eines Zylindersegments, d.h. der durch die Zahl der Zylinder geteilten Zeit eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine abhängt. Typischerweise liegt die Zeitkonstante des schnellen Momentenstellpfads im Bereich von einigen Millisekunden.
  • Der Momentenstellpfad mit seinen Stellgrößen wird als langsam bezeichnet, wenn die Zeitkonstante der Stellgrößen in der Größenordnung von mehreren 100 ms liegt und damit um einen Faktor 10 bis über 100 über der Zeitkonstante eines Zylindersegments.
  • Auf diese Weise wird es möglich, auch die Betriebsartumschaltung drehmomentbasiert zu realisieren. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil Steuerungen von Brennkraftmaschinen drehmomentbasiert sein können. Es ist so möglich, alle Steu ervorgänge der Brennkraftmaschine auf das Drehmoment zu beziehen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit von mindestens einer der ersten, zweiten und dritten aktuellen Drehmomentstellgröße ein Drehmomentkennwert bestimmt, und die Umschaltbedingung ist abhängig von dem Drehmomentkennwert.
  • Der Drehmomentkennwert kann für jede Betriebsart einen vorgegebenen Wertebereich einnehmen. Befindet sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt der Ausgangsbetriebsart, dessen Drehmomentkennwert außerhalb des für diesen zulässigen Bereichs der Zielbetriebsart liegt, so kann kein Umschalten von der Ausgangsbetriebsart auf die Zielbetriebsart erfolgen. Erst wenn durch die Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße der Drehmomentkennwert in der Ausgangsbetriebsart einen Wert erreicht, der innerhalb des zulässigen Bereichs des Drehmomentkennwerts der Zielbetriebsart liegt, ist die vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt, und es kann von der Ausgangsbetriebsart auf die Zielbetriebsart umgeschaltet werden, wobei gleichzeitig eine der aktuellen Drehmomentstellgrößen so verändert wird, dass ein Umschalten ohne Veränderung des Drehmoments erfolgen kann.
  • Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil damit die Betriebsartumschaltung in Abhängigkeit von einem einzigen Drehmomentkennwert erfolgen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die mindestens erste und zweite aktuelle Drehmomentstellgröße aus einer Gruppe aus einem Zündwinkel-Sollwert, einem Kraftstoffmassenstrom-Sollwert und einem Einspritzphasing-Sollwert ausgewählt.
  • Dies ist besonders vorteilhaft, da diese Drehmomentstellgrößen besonders schnell umgestellt werden können, so dass eine Änderung der Betriebsart innerhalb eines Zylindersegments erfolgen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die mindestens dritte aktuelle Drehmomentstellgröße aus einer Gruppe aus einem Frischgasmassenstrom-Sollwert, einem Nockenwellenphasing-Sollwert und einem Kraftstoffdruck-Sollwert ausgewählt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Betriebsarten aus einer Gruppe aus einer ersten Betriebsart, bei der während eines Zylindersegments Kraftstoff einmal in den Brennraum eingespritzt wird, einer zweiten Betriebsart, bei der während eines Zylindersegments Kraftstoff mehrmals in den Brennraum eingespritzt wird, einer dritten Betriebsart, bei der vor einem Zündvorgang im Brennraum Kraftstoff räumlich homogen verteilt in dem Brennraum vorliegt, und einer vierten Betriebsart, bei der vor einem Zündvorgang im Brennraum Kraftstoff in einer vorgegebenen, räumlichen homogenen Kraftstoffdichteverteilung in dem Brennraum vorliegt, ausgewählt.
  • Damit wird das Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise auf Betriebsarten mit einem unterschiedlichem Drehmomentkennwert der Brennkraftmaschine angewandt. So kann beispielsweise aus der ersten Betriebsart, bei der während eines Zylindersegments Kraftstoff einmal in den Brennraum eingespritzt wird (Einfacheinspritzung), in die zweite Betriebsart, bei der während eines Zylindersegments des Zylinders Kraftstoff mehrmals in den Brennraum eingespritzt wird (Mehrfacheinspritzung), umgeschaltet werden. Weist die erste Betriebsart mit Einfacheinspritzung einen höheren Drehmomentkennwert auf als die zweite Betriebsart mit Mehrfacheinspritzung, kann bei der Umschaltung von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart eine durch die Differenz der Drehmomentkennwerte bedingte energetische Differenz als zusätzliche Wärmeenergie anfallen, die zur Aufheizung eines Katalysators genutzt werden kann, wie dies insbesondere nach dem Start einer Brennkraftmaschine erforderlich sein kann. Ist der Katalysator aufgeheizt, so kann wieder von der zweiten Betriebsart mit dem niedrigeren Drehmomentkennwert in die erste Betriebsart mit dem höheren Drehmomentkennwert umgeschaltet werden.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,
  • 2 ein Diagramm mit der Darstellung des Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine,
  • 3 den zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsgrößen während des Ablaufs des Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine,
  • 4 ein Flussdiagramm eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine, das in der Steuereinrichtung abgearbeitet wird,
  • 5 ein weiteres Flussdiagramm des Programms zum Steuern einer Brennkraftmaschine, das in der Steuereinrichtung abgearbeitet werden kann, und
  • 6 ein weiteres Diagramm mit der Darstellung des Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Eine Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Ansaugtrakt 11, einen Motorblock 12, einen Zylinderkopf 14 und einen Abgastrakt 16. Der Ansaugtrakt 11 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 18, einen Sammler 20 und ein Saugrohr 22, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in einen Brennraum 13 des Motorblocks 12 geführt ist. Der Motorblock 12 umfasst ferner eine Kurbelwelle 24, welche über eine Pleuelstange 26 mit einem Kolben 28 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
  • Der Zylinderkopf 14 umfasst Ventiltriebe 34, 36, denen ein Gaseinlassventil 30 bzw. ein Gasauslassventil 32 zugeordnet sind. Zur Beeinflussung der Fluidströmung in den Brennraum 13 des Zylinders Z1 hinein kann auch mindestens eine (nicht dargestellt) Ladungsbewegungsklappe vorgesehen sein.
  • Der Zylinderkopf 14 umfasst ferner ein Einspritzventil 44 und eine Zündkerze 46.
  • In dem Abgastrakt 16 ist ein Abgaskatalysator 48, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist, angeordnet. Weiter ist eine Steuervorrichtung 52 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgrößen ermitteln. Die Steuervorrich tung 52 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 52 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
  • Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 54, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 56 erfasst, ein Luftmassensensor 58, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 18 erfasst, ein erster Temperatursensor 62, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 64, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 20 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 66, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem eine Drehzahl zugeordnet wird, sowie ein Nockenwellenwinkelsensor 70, welcher den Nockenwellenwinkel erfasst. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 68 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst. Ferner ist eine Abgassonde 72 vorgesehen die stromaufwärts des Abgaskatalysators 48 angeordnet ist und den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum 13 des Zylinders Z1.
  • Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
  • Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 18, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 32, die Ladungsbewegungsklappe, das Einspritzventil 44 oder die Zündkerze 46.
  • Die Brennkraftmaschine hat neben dem Zylinder Z1 auch weitere Zylinder Z2, Z3, Z4, denen entsprechende Sensoren und Stellglieder zugeordnet sind und die entsprechend gesteuert werden.
  • Die Steuervorrichtung 52 entspricht einer Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine.
  • Die 2 zeigt ein Diagramm mit der Abhängigkeit eines Drehmomentkennwerts von einer ersten aktuellen Drehmomentstellgröße am Beispiel der Abhängigkeit eines Drehmomentwirkungsgrad-Istwerts EFF_IGA_AV von einem Zündwinkel-Istwert IGA_AV.
  • Aufgetragen ist der Verlauf des Drehmomentwirkungsgrad-Istwerts von zwei Betriebsarten, einer ersten Betriebsart OPMOD_1 und einer zweiten Betriebsart OPMOD_2.
  • Die erste Betriebsart OPMOD_1 kann beispielsweise eine Betriebsart sein, bei der innerhalb eines Zylindersegments Kraftstoff einmal in den Brennraum 13 eingespritzt wird (Einfacheinspritzung). Die zweite Betriebsart OPMOD_2 kann eine Betriebsart sein, bei der innerhalb eines Zylindersegments Kraftstoff mehrmals in den Brennraum 13 eingespritzt wird (Mehrfacheinspritzung). In diesem Fall stellen Einfacheinspritzung und Mehrfacheinspritzung eine zweite aktuelle Drehmomentstellgröße dar.
  • In einer Kombination von Betriebsarten kann in der einen Betriebsart vor einem Zündvorgang im Brennraum 13 Kraftstoff räumlich homogen verteilt in dem Brennraum vorliegen (Homogenbetrieb), während in der weiteren Betriebsart vor einem Zündvorgang im Brennraum 13 Kraftstoff in einer vorgegebenen, räumlich inhomogenen Kraftstoffdichteverteilung in den Brennraum vorliegen kann (Schichtbetrieb).
  • In einer weiteren Kombination von Betriebsarten kann in der einen Betriebsart vor einem Zündvorgang Kraftstoff im Brennraum 13 räumlich homogen verteilt vorliegen, wobei das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft stöchiometrisch ist. In der anderen Betriebsart kann Kraftstoff vor einem Zündvorgang in Brennraum 13 ebenfalls räumlich homogen verteilt in dem Brennraum 13 vorliegen, jedoch kann das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff in diesem Fall unterstöchiometrisch (mager) sein.
  • Die ersten und zweiten Betriebsarten OPMOD_1 und OPMOD_2 können natürlich auch aus Kombinationen der vorgehend beschriebenen Betriebsarten bestehen.
  • In dem in 2 gezeigten Beispiel soll das Verfahren im Folgenden anhand eines Homogenbetriebs mit Einfacheinspritzung für die erste Betriebsart OPMOD_1 und eines Homogenbetriebs mit Mehrfacheinspritzung für die zweite Betriebsart OPMOD_2 beschrieben werden.
  • Für die erste Betriebsart OPMOD_1 ergibt sich für einen Zündwinkel IGA_1_OPT ein maximaler Drehmomentwirkungsgrad EFF_IGA_BAS_COR der ersten Betriebsart OP_MOD_1. Weiter ist ein minimal möglicher Zündwinkel IGA_1_MIN der ersten Betriebsart OPMOD_1 vorgegeben, für den der Drehmomentwirkungsgrad EFF_IGA_1_MIN bei minimal möglichen Zündwinkel IGA_1_MIN der ersten Betriebsart OPMOD_1 ist.
  • Für die zweite Betriebsart OPMOD_2 ist entsprechend für den Zündwinkel IGA_2_OPT der maximal mögliche Drehmomentwirkungs grad das Produkt aus dem maximalen Drehmomentwirkungsgrad EFF_IGA_BAS_COR der ersten Betriebsart OPMOD_1 und einem Drehmomentwirkungsgradverlust EFF_TQI_COR der zweiten Betriebsart OPMOD_2 gegenüber der ersten Betriebsart OPMOD_1. Weiter ist ein Drehmomentwirkungsgrad EFF_IGA_2_MIN beim minimal möglichen Zündwinkel IGA_2_MIN der zweiten Betriebsart OPMOD_2 gegeben.
  • Darüber hinaus ist eine Drehmomentwirkungsgradkorrektur C_EFF_OFS_MPLH_ACT für die Bedingung zum Umschalten von der ersten Betriebsart OPMOD_1 auf die zweite Betriebsart OPMOD_2 und eine Drehmomentwirkungsgradkorrektur C_EFF_OFS_MPLH_DEAC für die Bedingung zum Umschalten von der zweiten Betriebsart OPMOD_2 auf die erste Betriebsart OPMOD_1 vorgegeben, deren genauere Bedeutung im Folgenden erläutert wird.
  • In 2 sind weiter ein erster Betriebspunkt OP_1_1, ein zweiter Betriebspunkt OP_1_2 und ein dritter Betriebspunkt OP_1_3 eines ersten Zündhakens und ein erster Betriebspunkt OP_2_1, ein zweiter Betriebspunkt OP_2_2_2 und ein dritter Betriebspunkt OP_2_3 eines zweiten Zündhakens dargestellt (fette Linien).
  • In 3 ist der zeitliche Verlauf einer Umschaltanforderung LV_MPLH_REQ für Mehrfacheinspritzung in homogener Betriebsart, einer Zündwinkeländerungsanforderung LV_MPLH_IGA_REQ für Mehrfacheinspritzung in homogener Betriebsart, des Zündwinkel-Istwerts IGA_AV und eines Frischgasmassenstrom-Istwerts MAF_AV während des Ablaufs des Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine entsprechend dem Vorgehen in 2 gezeigt.
  • In den 4 und 5 sind die Flussdiagramme eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine dargestellt, das in der Steuereinrichtung abgearbeitet wird, wenn das Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine entsprechend 2 abläuft.
  • 6 zeigt ein Diagramm des Verlaufs eines Drehmoment-Istwerts TQI_AV in Abhängigkeit von dem Zündwinkel-Istwert IGA_AV mit dem Parameter Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV. MAF_AV_1, MAF_AV_2, MAF_AV_3 und MAF_AV_4 sind verschiedene feste Frischgasmassenstrom-Istwerte in der ersten Betriebsart OPMOD_1 bzw. in der zweiten Betriebsart OPMOD_2 (nur für Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV_1), wobei die Beziehung MAF_AV_1 > MAF_AV_2 > MAF_AV_3 > MAF_AV_4 gilt. Weiter sind der erste Betriebspunkt OP_1_1 bei dem Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV_4, der zweite Betriebspunkt OP_1_2 und der dritte Betriebspunkt OP_1_3 bei dem Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV_1 eingetragen, entsprechend dem ersten Zündhaken in 2.
  • Das Verfahren soll im Folgenden insbesondere anhand der 2 bis 6 beschrieben werden:
    Nach dem Start (4) des Programms wird zuerst überprüft, ob eine Umschaltanforderung LV_MPLH_REQ für Mehrfacheinspritzungen in homogener Betriebsart vorliegt. Solange dies nicht der Fall ist (LV_MPLH_REQ = 0), wird die Abfrage immer wieder von neuem durchgeführt, wobei gegebenenfalls eine integrierte Warteschleife die Zahl der Abfragen reduziert. Im Drehmomentwirkungsgrad-Diagramm (2) und im Drehmoment-Diagramm (6) wird beispielsweise der erste Betriebspunkt OP_1_1 des ersten Zündhakens in der ersten Betriebsart OPMOD_1 eingenommen. Die erste Betriebsart OPMOD_1 stellt hier eine Ausgangsbetriebsart OPMOD_I dar.
  • Ist die Umschaltanforderung LV_MPLH_REQ für Mehrfacheinspritzungen in homogener Betriebsart gleich Eins (Zeitpunkt T1 in 3), so wird geprüft, ob der Drehmomentwirkungsgrad-Istwert EFF_IGA_AV in Abhängigkeit des Zündwinkel-Istwerts IGA_AV kleiner oder gleich dem Produkt aus dem maximalen Drehmomentwirkungsgrad EFF_IGA_BRS_COR der ersten Betriebsart OPMOD_1 und dem Drehmomentwirkungsgradverlust EFF_TQI_COR der zweiten Betriebsart OPMOD_2 gegenüber der ersten Betriebsart eines Homogenbetriebs mit Einfachzündung abzüglich der Drehmomentwirkungsgradkorrektur C_EFF_OFS_MPLH_ACT für die Bedingung zum Umschalten von der ersten Betriebsart OPMOD_1 auf die zweite Betriebsart OPMOD_2 ist. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Frischgasmassenstrom-Sollwert MAF_SP_TQI, der eine dritte aktuelle Drehmomentstellgröße bildet, ebenso wie der Zündwinkel-Sollwert IGA_SP entsprechend den aktuellen Betriebsgrößen, insbesondere eines Drehmoment-Sollwerts TQI_SP, neu ermittelt. Solange die vorgenannte Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Zündwinkel-Sollwert IGA_SP weiter reduziert, wogegen der Frischgasmassenstrom-Sollwert MAF_SP erhöht wird. In 6 ist zu erkennen, dass der Betriebspunkt in der ersten Betriebsart OPMOD_1 mit fallendem Zündwinkel-Istwert IGA_AV vom ersten Betriebspunkt OP_1_1 mit dem niedrigeren Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV_4 zum zweiten Betriebspunkt OP_1_2 mit dem höheren Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV_4 wandert. Der Übergang vom ersten Betriebspunkt OP_1_1 zum zweiten Betriebspunkt OP_1_2 erfolgt drehmomentneutral. Im Drehmomentwirkungsgraddiagramm der 2 wandert der Betriebspunkt vom ersten Betriebspunkt OP_1_1 des ersten Zündhakens zum zweiten Betriebspunkt OP_1_2 des ersten Zündhakens. In 3 ist der daraus resultierende Verlauf des Zündwinkel-Istwerts IGA_AV und des Frischgasmassenstrom- Istwerts MAF_AV zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 dargestellt.
  • Sobald die Bedingung EFF_IGA_AV ≤ EFF_IGA_BAS_COR· EFF_TQI_COR – C_EFF_OFS_MPLH_ACT erfüllt ist (Betriebspunkt OP_1_2 in 2), wird die Zündwinkeländerungsanforderung LV_MPLH_IGR_REQ für Mehrfacheinspritzungen in homogener Betriebsart auf Eins gesetzt (Zeitpunkt T2 in 3). Der Zündwinkel-Istwert IGA_AV wird nun schlagartig erhöht, während gleichzeitig von der ersten Betriebsart OPMOD_1, dem Betrieb mit Einfacheinspritzung, auf die zweite Betriebsart OPMOD_2, dem Betrieb mit Mehrfacheinspritzung, umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann ein drehmomentneutrales Umschalten innerhalb eines Zylindersegments in die zweite Betriebsart OPMOD_2 erfolgen, die in diesem Fall eine Endbetriebsart OPMOD_F ist. Dies ist besonders gut in 6 zu erkennen, wo der Betriebspunkt unter Anstieg des Zündwinkel-Istwerts IGA_AV vom zweiten Betriebspunkt OP_1_2 in der ersten Betriebsart OPMOD_1 zum dritten Betriebspunkt OP_1_3 in der zweiten Betriebsart OPMOD_2 (jeweils mit dem Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV_1) springt. Der Übergang vom zweiten Betriebspunkt OP_1_2 zum dritten Betriebspunkt OP_1_2 erfolgt drehmomentneutral. In 2 springt der Betriebspunkt nun zum dritten Betriebspunkt OP_1_3 des ersten Zündhakens. In der Betriebsart OPMOD_2 mit niedrigerem Drehmomentwirkungsgrad kann nun beispielsweise eine Katalysatoraufheizung erfolgen. Im Flussdiagramm der 4 ist nun der Übergabepunkt A erreicht.
  • Nach dem Umschaltvorgang kann ein von dem Zündwinkel-Sollwert IGA_SP abhängiger Drehmomentwirkungsgrad-Sollwert EFF_IGA_SP reduziert und der Frischgasmassenstrom-Sollwert MAF_SP erhöht werden. Die Variation dieser Größen erfolgt drehmomentneut ral. In 3 ist der für das dargestellte Beispiel daraus resultierende Verlauf mit fallendem Zündwinkel-Istwert IGA_AV und steigendem Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 gezeigt. In dem Beispiel der 2 kann damit beispielsweise der erste Betriebspunkt OP_2_1 des zweiten Zündhakens erreicht werden, wobei hier die zweite Betriebsart OPMOD_2 die Ausgangsbetriebsart OPMOD_I darstellt.
  • Es wird nun überprüft, ob die Umschaltanforderung LV_MPLH_REQ für Mehrfacheinspritzungen in homogener Betriebsart auf Null zurückgesetzt wird (5). Solange dies nicht der Fall ist, wird diese Abfrage immer wieder von neuem durchgeführt, wobei gegebenenfalls eine integrierte Warteschleife die Zahl der Abfragen reduziert.
  • Nach dem Ende der Katalysatoraufheizung oder einer anderen vergleichbaren Anforderung wird die Umschaltanforderung LV_MPLH_REQ für Mehrfacheinspritzung in homogener Betriebsart auf Null gesetzt (3 im Zeitpunkt T3). Es wird nun geprüft, ob das Produkt aus Drehmomentwirkungsgrad-Istwert EFF_IGA_AV in Abhängigkeit des Zündwinkel-Istwerts IGA_AV und Drehmomentwirkungsgradverlust EFF_TQI_COR der zweiten Betriebsart OPMOD_2 gegenüber der ersten Betriebsart OPMOD_1 größer oder gleich der Summe des Drehmomentwirkungsgrads EFF_IGR_1_MIN beim minimal möglichen Zündwinkel der ersten Betriebsart OPMOD_1 und der Drehmomentwirkungsgradkorrektur C_EFF_OFS_MPLH_DEAC für die Bedingung zum Umschalten von der zweiten OPMOD_2 auf die erste Betriebsart OPMOD_1 ist ( 5). Solange dies nicht der Fall ist, werden der Frischgasmassenstrom-Sollwert MAF_SP_TQI und der Zündwinkel-Sollwert IGA_SP drehmomentneutral solange verändert, bis diese Bedingung erfüllt ist. Auf der Drehmomentwirkungsgradkennlinie der zweiten Betriebsart OPMOD_2 der 2 wandert der Betriebspunkt vom ersten Betriebspunkt OP_2_1 des zweiten Zündhakens zum zweiten Betriebspunkt OP_2_2 des zweiten Zündhakens. Dabei fällt. der Frischgasmassenstrom-Istwert MAF_AV, während der Zündwinkel-Istwert IGA_AV steigt, wie in 3 zu sehen ist (Bereich zwischen den Zeitpunkten T3 und T4).
  • Ist die oben genannte Bedingung erfüllt, wird die Zündwinkeländerungsanforderung LV_MPLH_IGA_REQ für Mehrfacheinspritzungen in homogener Betriebsart auf Null gesetzt (Zeitpunkt T4 in 3) und der Zündwinkel-Istwert IGA_AV wieder schlagartig reduziert, während eine Umschaltung vom Mehrfacheinspritzbetrieb zum Einfacheinspritzbetrieb erfolgt. Durch die Veränderung der beiden Drehmomentstellgrößen wird ein drehmomentneutrales Umschalten innerhalb eines Zylindersegments in die erste Betriebsart OPMOD_1 erreicht (Zeitpunkt T4 in 3), die in diesem Fall die Endbetriebsart OPMOD_F ist. In 5 ist nun der Übergabepunkt B erreicht.
  • Nach dem Umschaltvorgang kann der von dem Zündwinkel-Sollwert IGA_SP abhängige Drehmomentwirkungsgrad-Sollwert EFF_IGA_SP erhöht und der Frischgasmassenstrom-Sollwert MAF_SP reduziert werden. Die Variation dieser Größen erfolgt drehmomentneutral. In 3 ist der daraus für dieses Beispiel resultierende Verlauf des steigenden Zündwinkel-Istwerts IGA_AV und des fallenden Frischgasmassenstrom-Istwerts MAF_AV nach dem Zeitpunkt T4 dargestellt. Im Beispiel der 2 kann damit beispielsweise wieder der erste Betriebspunkt OP_1_1 des ersten Zündhakens erreicht werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten (OPMOD) Kraftstoff eingespritzt wird, wobei ein schneller Momentenstellpfad mindestens eine erste und eine zweite aktuelle Drehmomentstellgröße und ein langsamer Momentenstellpfad mindestens eine dritte aktuelle Drehmomentstellgröße umfasst, und zwischen den Betriebsarten (OPMOD) unter zulässiger Variation von mindestens der ersten und der zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße von einer Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) auf eine Zielbetriebsart (OPMOD_F) umgeschaltet wird, falls eine vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist, wobei die Drehmomentstellgrößen auf Stellglieder der Brennkraftmaschine (10) einwirken, mit folgenden Schritten: a) mit der vorgegebenen Umschaltbedingung wird geprüft, ob durch eine für die Zielbetriebsart (OPMOD_F) zulässige Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße ein drehmomentneutrales Umschalten innerhalb eines Zylindersegments in die Zielbetriebsart (OPMOD_F) erreicht werden kann, b) falls die vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist, wird unter Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße drehmomentneutral von der Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) auf die Zielbetriebsart (OPMOD_F) umgeschaltet, und falls die vorgegebene Umschaltbedingung nicht erfüllt ist, wird die Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) beibehalten und mindestens eine der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße und die mindestens dritte aktuelle Drehmomentstellgröße werden so lange drehmomentneutral variiert, bis die Umschaltbedingung erfüllt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von mindestens einer der ersten, zweiten und dritten aktuellen Drehmomentstellgröße ein Drehmomentkennwert bestimmt wird, und die Umschaltbedingung abhängig von dem Drehmomentkennwert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens erste und zweite aktuelle Drehmomentstellgröße aus einer Gruppe aus Zündwinkel-Sollwert (IGA_SP), Kraftstoffmassenstrom-Sollwert (MFF_SP) und Einspritzphasing-Sollwert (INJ_PHA_SP) ausgewählt sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens dritte aktuelle Drehmomentstellgröße aus einer Gruppe aus Frischgasmassenstrom-Sollwert (MAF_SP_TQI), Nockenwellenphasing-Sollwert (CAM_PHA_SP) und Kraftstoffdruck-Sollwert ausgewählt sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsarten aus einer Gruppe aus einer ersten Betriebsart (OPMOD_1), bei der innerhalb eines Zylindersegments Kraftstoff einmal in den Brennraum (13) eingespritzt wird, einer zweiten Betriebsart (OPMOD_2), bei der innerhalb eines Zylindersegments Kraftstoff mehrmals in den Brennraum (13) eingespritzt wird, einer dritten Betriebsart, bei der vor einem Zündvorgang im Brennraum (13) Kraftstoff räumlich homogen verteilt in dem Brennraum (13) vorliegt, und einer vierten Betriebsart, bei der vor einem Zündvorgang im Brennraum (13) Kraftstoff in einer vorgegebenen, räumlich inhomogen Kraftstoffdichteverteilung in dem Brennraum (13) vorliegt, ausgewählt sind.
  6. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten (OPMOD) Kraftstoff eingespritzt wird, wobei ein schneller Momentenstellpfad mindestens eine erste und eine zweite aktuelle Drehmomentstellgröße und ein langsamer Momentenstellpfad mindestens eine dritte aktuelle Drehmomentstellgröße umfasst, und zwischen den Betriebsarten (OPMOD) unter zulässiger Variation von mindestens der ersten und der zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße von einer Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) auf eine Zielbetriebsart (OPMOD_F) umgeschaltet wird, falls eine vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist, und Stellgrößen ermittelt werden, die auf Stellglieder einwirken, die dazu ausgebildet ist, dass a) mit der vorgegebenen Umschaltbedingung geprüft wird, ob durch eine für die Zielbetriebsart (OPMOD_F) zulässige Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße ein drehmomentneutrales Umschalten innerhalb eines Zylindersegments in die Zielbetriebsart (OPMOD_F) erreicht werden kann, b) falls die vorgegebene Umschaltbedingung erfüllt ist, unter Variation der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße drehmomentneutral von der Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) auf die Zielbetriebsart (OPMOD_F) umgeschaltet wird, und falls die vorgegebene Umschaltbedingung nicht erfüllt ist, die Ausgangsbetriebsart (OPMOD_I) beibehalten und mindestens eine der mindestens ersten und zweiten aktuellen Drehmomentstellgröße und die mindestens dritte aktuelle Drehmomentstellgröße so lange drehmomentneutral variiert werden, bis die Umschaltbedingung erfüllt ist.
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