DE19908726A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mit einem Brennraum (4) versehen ist, in den Kraftstoff während einer Verdichtungsphase einspritzbar ist. Jede der Einspritzungen weist einen Einspritzbeginnwinkel auf. Des weiteren ist ein Steuergerät (18) zur Steuerung und/oder Regelung vorgesehen. Durch das Steuergerät (18) wird der Einspritzbeginnwinkel in Abhängigkeit von einer Laufruhe der Brennkraftmaschine (1) verändert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei
dem Kraftstoff während einer Verdichtungsphase in einen
Brennraum eingespritzt wird, wobei die Einspritzung einen
Einspritzbeginnwinkel aufweist. Ebenfalls betrifft die
Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Brennraum, in den Kraftstoff
während einer Verdichtungsphase einspritzbar ist, wobei die
Einspritzung einen Einspritzbeginnwinkel aufweist, und mit
einem Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige
Brennkraftmaschine sind beispielsweise von einer
sogenannten Benzin-Direkteinspritzung bei Kraftfahrzeugen
bekannt. Dort wird Kraftstoff in einem Homogenbetrieb
während der Ansaugphase oder in einem Schichtbetrieb
während der Verdichtungsphase in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Homogenbetrieb ist
vorzugsweise für den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine
vorgesehen, während der Schichtbetrieb für den Leerlauf-
und Teillastbetrieb geeignet ist. Beispielsweise in
Abhängigkeit von dem angeforderten Drehmoment wird bei
einer derartigen direkteinspritzenden Brennkraftmaschine
zwischen den genannten Betriebsarten umgeschaltet.
Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff üblicherweise bei
einem Einspritzbeginnwinkel von z. B. 70 Grad vor dem oberen
Totpunkt in den Brennraum eingespritzt. Für eine weitere
Verminderung des Kraftstoffverbrauchs wird dabei eine
möglichst frühe Einspritzung angestrebt. Aufgrund von
motortechnischen Randbedingungen kann die Einspritzung
jedoch nicht beliebig früh erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem eine
möglichst große Kraftstoffeinsparung erreichbar ist, ohne
daß hierdurch sonstige motortechnische Randbedingungen
verletzt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Einspritzbeginnwinkel in Abhängigkeit von einer Laufruhe
der Brennkraftmaschine verändert wird. Bei einer
Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch das
Steuergerät der Einspritzbeginnwinkel in Abhängigkeit von
einer Laufruhe der Brennkraftmaschine veränderbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine
Frühverstellung des Einspritzbeginnwinkels zu einer
Verminderung der Laufruhe der Brennkraftmaschine führt.
Diese Verschlechterung der Laufruhe stellt eine der
motortechnischen Randbedingungen dar, die eine beliebige
Frühverstellung und damit eine weitergehende
Kraftstoffeinsparung verhindern. Die Erfindung
berücksichtigt diese Randbedingung dadurch, daß der
Einspritzbeginnwinkel und damit die Frühverstellung der
Einspritzung in Abhängigkeit von der Laufruhe vorgenommen
wird. Damit wird erreicht, daß einerseits die Laufruhe
nicht beliebig zum Zwecke einer Kraftstoffeinsparung
vermindert wird, daß aber andererseits trotzdem eine
möglichst weitgehende Kraftstoffeinsparung erzielt werden
kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird,
falls ein Laufruhegrenzwert überschritten ist, der
Einspritzbeginnwinkel um einen Korrekturwert nach spät
verstellt. Der Laufruhegrenzwert kennzeichnet die
erwünschte minimale Laufruhe bzw. maximale Laufunruhe. Wird
dieser Laufruhegrenzwert erreicht, so wird der
Einspritzbeginnwinkel nach spät verstellt. Damit wird die
Laufruhe wieder verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert um
einen ersten vorgegebenen Wert vergrößert wird. Damit wird
für die nächste Einspritzung bereits eine weitere
Spätverstellung des Einspritzbeginnwinkels voreingestellt.
Diese Spätverstellung bewirkt eine weitere Verbesserung der
Laufruhe.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Korrekturwert auf einen
Maximalwert begrenzt wird. Damit wird gewährleistet, daß
die Spätverstellung nicht beliebig weit geht, sondern daß
sie durch den Maximalwert begrenzt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird,
falls eine vorgegebene Zeitdauer überschritten ist, der
Korrekturwert um einen zweiten vorgegebenen Wert
verringert. Dies stellt eine Frühverstellung des
Einspritzbeginnwinkels dar. Damit wird erreicht, daß der
Einspritzbeginnwinkel nicht nur fortwährend nach spät
verstellt wird, sondern daß er nach der vorgegebenen
Zeitdauer auch wieder nach früh zurückverstellt wird. Die
Frühverstellung bewirkt dabei - wie eingangs erwähnt - eine
Kraftstoffeinsparung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert
insbesondere zylinderspezifisch und gegebenenfalls
zusätzlich betriebspunktabhängig abgespeichert wird. Daraus
entsteht ein Applikationskennfeld, das von dem Steuergerät
bei der Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine
verwendet werden kann.
Ebenfalls ist es besonders vorteilhaft, wenn die Laufruhe
der Brennkraftmaschine insbesondere zylinderindividuell
zeitlich gemittelt wird. Damit wird die erfindungsgemäße
Berücksichtigung der Laufruhe im Zusammenhang mit dem
Einspritzbeginnwinkel weiter verbessert.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines
Steuerelements, das für ein Steuergerät einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein
Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem .
Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß
dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher
Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen
Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement
kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur
Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren
der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle
beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den
Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung
bzw. in der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine, und
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine
der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 eines
Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem
Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit
einem Brennraum 4 versehen, der unter anderem durch den
Kolben 2, ein Einlaßventil 5 und ein Auslaßventil 6
begrenzt ist. Mit dem Einlaßventil 5 ist ein Ansaugrohr 7
und mit dem Auslaßventil 6 ist ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
Im Bereich des Einlaßventils 5 und des Auslaßventils 6
ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den
Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in
den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10
kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.
In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11
untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar
ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von der
Winkelstellung der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 ist
ein Katalysator 12 untergebracht, der der Reinigung der
durch die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase
dient.
Von dem Abgasrohr 8 kann eine Abgasrückführrohr 13 zurück
zu dem Ansaugrohr 7 führen. In dem Abgasrückführrohr 13 ist
ein Abgasrückführventil 14 untergebracht, mit dem die Menge
des in das Ansaugrohr 7 rückgeführten Abgases eingestellt
werden kann.
Von einem Kraftstofftank 15 kann eine
Tankentlüftungsleitung 16 zu dem Ansaugrohr 7 führen. In
der Tankentlüftungsleitung 16 ist ein Tankentlüftungsventil
17 untergebracht, mit dem die Menge des dem Ansaugrohr 7
zugeführten Kraftstoffdampfes aus dem Kraftstofftank 15
einstellbar ist.
Der Kolben 2 wird durch die Verbrennung des Kraftstoffs in
dem Brennraum 4 in eine Hin- und Herbewegung versetzt, die
auf eine nicht-dargestellte Kurbelwelle übertragen wird und
auf diese ein Drehmoment ausübt.
Ein Steuergerät 18 ist von Eingangssignalen 19
beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das
Steuergerät 18 mit einem Luftmassensensor, einem Lambda-
Sensor, einem Drehzahlsensor und dergleichen verbunden. Des
weiteren ist das Steuergerät 18 mit einem Fahrpedalsensor
verbunden, der ein Signal erzeugt, das die Stellung eines
von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit das
angeforderte Drehmoment angibt. Das Steuergerät 18 erzeugt
Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw. Steller das
Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt werden kann.
Beispielsweise ist das Steuergerät 18 mit dem
Einspritzventil 9, der Zündkerze 10 und der Drosselklappe
11 und dergleichen verbunden und erzeugt die zu deren
Ansteuerung erforderlichen Signale.
Unter anderem ist das Steuergerät 18 dazu vorgesehen, die
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder
zu regeln. Beispielsweise wird die von dem Einspritzventil
9 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse von dem
Steuergerät 18 insbesondere im Hinblick auf einen geringen
Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe
Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu
diesem Zweck ist das Steuergerät 18 mit einem
Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium,
insbesondere in einem Read-Only-Memory ein Programm
abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte
Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.
In einer ersten Betriebsart, einem sogenannten
Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die
Drosselklappe 11 in Abhängigkeit von dem erwünschten
Drehmoment teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der
Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9 während einer
durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den
Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig über die
Drosselklappe 11 angesaugte Luft wird der eingespritzte
Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im
wesentlichen gleichmäßig verteilt. Danach wird das
Kraftstoff/Luft-Gemisch während der Verdichtungsphase
verdichtet, um dann von der Zündkerze 10 entzündet zu
werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs
wird der Kolben 2 angetrieben. Das entstehende Drehmoment
hängt im Homogenbetrieb im wesentlichen von der Stellung
der Drosselklappe 11 ab. Im Hinblick auf eine geringe
Schadstoffentwicklung wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch
möglichst auf Lambda gleich 1 oder Lambda kleiner 1
eingestellt.
In einer zweiten Betriebsart, einem sogenannten
Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die
Drosselklappe 11 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem
Einspritzventil 9 während einer durch den Kolben 2
hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4
eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung
der Zündkerze 10 sowie zeitlich in geeignetem Abstand vor
dem Zündzeitpunkt. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 10 der
Kraftstoff entzündet, so daß der Kolben 2 in der nunmehr
folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten
Kraftstoffs angetrieben wird. Das entstehende Drehmoment
hängt im Schichtbetrieb weitgehend von der eingespritzten
Kraftstoffmasse ab. Im wesentlichen ist der Schichtbetrieb
für den Leerlaufbetrieb und den Teillastbetrieb der
Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
Gegebenenfalls sind auch noch weitere Betriebsarten
denkbar. Zwischen den beschriebenen Betriebsarten der
Brennkraftmaschine 1 kann hin- und her- bzw. umgeschaltet
werden. Derartige Umschaltungen werden von dem Steuergerät
18 durchgeführt.
In der Fig. 2 ist ein Verfahren dargestellt, das von dem
Steuergerät 18 ausgeführt werden kann, und das dazu
geeignet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu
steuern und/oder zu regeln. Die in der Fig. 2
dargestellten Blöcke sind in dem Steuergerät 18 durch
Programme repräsentiert.
In einem Block 21 wird von einem Kennfeld ein
Einspritzbeginnwinkel wesb in Abhängigkeit von der an der
Brennkraftmaschine 1 anliegenden Last und/oder in
Abhängigkeit von der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1
ermittelt. Der Einspritzbeginnwinkel wesb ist derjenige
Winkel vor dem oberen Totpunkt, bei dem die Einspritzung
von Kraftstoff in den Brennraum 4 begonnen wird. Der
Einspritzbeginnwinkel wesb wird - ausgehend von dem oberen
Totpunkt - rückschauend, also in Richtung vor dem oberen
Totpunkt angegeben.
In vorgegebenen Zeitabständen ermittelt das Steuergerät 18
einen Laufruhewert für die einzelnen Zylinder der
Brennkraftmaschine 1. Diese Laufruhewerte werden
zylinderindividuell zeitlich gemittelt. Beispielsweise wird
ein Laufruhemittelwert sm aus denjenigen Laufruhewerten
berechnet, die während einer vorgegebenen Zeitdauer
vorhanden sind.
Danach wird in einem Block 22 geprüft, ob der
Laufruhemittelwert sm einen vorgegebenen Laufruhegrenzwert
sg überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so wird der von
dem Block 21 berechnete Einspritzbeginnwinkel wesb
entsprechend dem Block 23 an die Brennkraftmaschine 1
ausgegeben.
Ist hingegen der Laufruhemittelwert sm größer als der
Laufruhegrenzwert sg, so wird der Einspritzbeginnwinkel
wesb verändert. Entsprechend dem Block 24 wird der
Einspritzbeginnwinkel wesb um einen Korrekturwert dwesbspät
nach spät verstellt. Die Spätverstellung äußert sich dabei
aufgrund der rückwärtsgerichteten Angabe des
Einspritzbeginnwinkels wesb in einer Subtraktion des
Korrekturwerts dwesbspät. Der korrigierte
Einspritzbeginnwinkel wesb wird dann über den Block 23 an
die Brennkraftmaschine 1 ausgegeben.
Durch die Spätverstellung des Einspritzbeginnwinkels wesb
wird eine Verbesserung der Laufruhe erreicht. Die
Brennkraftmaschine 1 wird also derart beeinflußt, daß der
Laufruhemittelwert sm möglichst wieder kleiner wird als der
Laufruhegrenzwert sg. Die Brennkraftmaschine 1 wird also
zylinderindividuell auf eine durch den Laufruhegrenzwert sg
vorgegebene minimale Laufruhe bzw. maximale Laufunruhe
gesteuert bzw. geregelt.
Entsprechend dem Block 25 wird der Korrekturwert dwesbspät
um einen vorgegebenen ersten Wert delta 1 vergrößert. Dies
bedeutet, daß der Einspritzbeginnwinkel wesb der nächsten
Einspritzung durch einen derart vergrößerten Korrekturwert
dwesbspät noch weiter nach spät verstellt wird als bei der
aktuellen Einspritzung. Die Laufruhe wird durch diese noch
weitergehende Spätverstellung somit weiter verbessert.
Der vergrößerte Korrekturwert dwesbspät wird von einer
Minimalwertauswahl 26 auf einen Maximalwert dwesbmax
begrenzt.
Danach wird von einem Block 27 geprüft, ob eine vorgebene
Zeitdauer td abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so
wird der vergrößerte und gegebenenfalls begrenzte
Korrekturwert dwesbspät zylinderindividuell durch einen
Block 28 abgespeichert. Bei einer Alternative ist es
möglich, daß der Korrekturwert dwesbspät zusätzlich in
Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt der
Brennkraftmaschine 1 abgespeichert wird, so daß ein
Adaptionskennfeld für den Korrekturwert dwesbspät entsteht.
Ist hingegen die Zeitdauer td abgelaufen, so wird in einem
Block 29 der Korrekturwert dwesbspät um einen zweiten
vorgegebenen Wert delta2 verringert. Dies bedeutet, daß der
Einspritzbeginnwinkel wesb der nächsten Einspritzung durch
einen derart verminderten Korrekturwert dwesbspät wieder
nach früh zurückverstellt wird.
Durch diese Frühverstellung wird erreicht, daß der
Kraftstoffverbrauch vermindert wird. Die Brennkraftmaschine
1 wird also derart beeinflußt, daß der Kraftstoffverbrauch
und damit auch der Schadstoffausstoß möglichst gering sind.
Auch dies erfolgt dabei zylinderindividuell.
Insgesamt wird die Brennkraftmaschine 1 einerseits über den
Block 25 immer derart beeinflußt, daß eine erwünschte
Laufruhe vorhanden ist. Andererseits wird die
Brennkraftmaschine 1 über den Block 29 immer derart
beeinflußt, daß der Kraftstoffverbrauch möglichst gering
ist. Die genannten Beeinflusssungen werden über den
Einspritzbeginnwinkel wesb durchgeführt, wobei der
Einspritzbeginnwinkel wesb von dem Kennfeld des Blocks 21
vorgegeben und dann über den Korrektwert dwesbspät
verändert wird.
Claims (11)
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1)
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff
während einer Verdichtungsphase in einen Brennraum (4)
eingespritzt wird, wobei die Einspritzung einen
Einspritzbeginnwinkel (wesb) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginnwinkel (wesb) in
Abhängigkeit von einer Laufruhe der Brennkraftmaschine (1)
verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß,
falls ein Laufruhegrenzwert (sg) überschritten ist (22),
der Einspritzbeginnwinkel (wesb) um einen Korrekturwert
(dwesbspät) nach spät verstellt wird (24).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Korrekturwert (dwesbspät) um einen ersten vorgegebenen
Wert (deltal) vergrößert wird (25).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (dwesbspät) auf einen
Maximalwert (dwesbmax) begrenzt wird (26).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß, falls eine vorgegebene Zeitdauer (td)
überschritten ist (27), der Korrekturwert (dwesbspät) um
einen zweiten vorgegebenen Wert (delta2) verringert wird
(29).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 54, dadurch
gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (dwesbspät)
abgespeichert wird (28).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Korrekturwert (dwesbspät) zylinderindividuell
abgespeichert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginnwinkel (wesb) in
Abhängigkeit von der an der Brennkraftmaschine (1)
anliegenden Last und/oder der Drehzahl (nmot) der
Brennkraftmaschine (1) gesteuert und/oder geregelt wird
(21).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Laufruhe der Brennkraftmaschine (1)
zeitlich gemittelt wird.
10. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein
Steuergerät (18) einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere
eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert
ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem
Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geeignet ist.
11. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Brennraum (4), in den Kraftstoff
während einer Verdichtungsphase einspritzbar ist, wobei die
Einspritzung einen Einspritzbeginnwinkel (wesb) aufweist,
und mit einem Steuergerät (18) zur Steuerung und/oder
Regelung, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät
(18) der Einspritzbeginnwinkel (wesb) in Abhängigkeit von
einer Laufruhe der Brennkraftmaschine (1) veränderbar ist.
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