DE19954207C2 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Brennkraftmaschine sowie ein entsprechendes Steuergerät für eine derartige Brennkraftmaschine.

Ein derartiges Verfahren, eine derartige Brennkraftmaschine und ein derartiges Steuergerät sind aus der DE 198 13 379 A1 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.

Im Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine ist eine Lambda- Regelung aktiv, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis Lambda zum Beispiel auf Eins gesteuert und/oder geregelt wird. Insbesondere wird von der Lambda-Regelung im Homogenbetrieb die einzuspritzende Kraftstoffmasse geregelt. Im Schichtbetrieb ist eine derartige Lambda- Regelung nicht erforderlich und deshalb z. B. inaktiv, da die einzuspritzende Kraftstoffmasse im wesentlichen nur von dem angeforderten Moment abhängt.

Zwischen dem Homogenbetrieb und dem Schichtbetrieb wird fortlaufend umgeschaltet. Damit ist die Lambda-Regelung zeitweise aktiv und zeitweise inaktiv.

Würde die Lambda-Regelung in demjenigen Zeitpunkt aktiviert werden, in dem von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb umgeschaltet wird, so hätte dies zur Folge, daß zumindest unmittelbar nach der Umschaltung die von einem zu der Lambda-Regelung zugehörigen Lambdasensor meßbaren Werte sich nicht auf den Homogenbetrieb beziehen würden, sondern noch von dem vorherigen Schichtbetrieb stammen würden. Dies würde zu einer fehlerhaften Lambda-Regelung des Homogenbetriebs führen. Insbesondere würde dies zu Lambdaschwankungen und damit zu Drehmomentschwankungen führen.

Durch den Beginn der Lambda-Regelung erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer wird erreicht, daß die Lambda- Regelung erst dann aktiviert wird, wenn die von dem Lambdasensor meßbaren Werte in jedem Fall von dem Homogenbetrieb stammen und nicht von dem vorherigen Schichtbetrieb. Damit wird gewährleistet, daß die Lambda- Regelung des Homogenbetriebs nur solche Meßwerte des Lambdasensors verwendet, die aus dem Homogenbetrieb stammen. Eine fehlerhafte Lambda-Regelung wird damit sicher vermieden. Insbesondere werden durch die Zeitdauer Drehmomentschwankungen beim Umschalten in den Homogenbetrieb sicher vermieden.

Während der genannten Zeitdauer wird eine Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse durchgeführt. Durch den sich daraus ergebenden Wechsel zwischen der Regelung und der Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse kann es zu Sprüngen o. dgl. bei der eingespritzten Krafstoffmasse kommen.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein möglichst optimaler Wechsel zwischen der Regelung und der Steuerung der einzuspritzenden Kraftstofffmasse möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1, durch eine Brennkraftmaschine nach dem Anspruch 4 und durch ein Steuergerät nach dem Anspruch 5 gelöst.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zeitdauer abhängig ist von einer Laufzeit der Gase und/oder von einer systembedingten Zeitkonstanten. Damit kann die Zeitdauer so vorgegeben und eingestellt werden, daß die Lambda-Regelung für den Homogenbetrieb erst dann aktiviert wird, wenn sich die von dem Lambdasensor gemessenen Werte sicher aus diesem Homogenbetrieb ergeben haben.

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 oder ein Flash-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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, und

Fig. 2 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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 führt eine Abgasrückführrohr 13 zurück zu dem Ansaugrohr 7. In dem Abgasrückführrohr 13 ist ein Abgasrückführventil 14 untergebracht, mit dem die Menge des in das Ansaugrohr 7 rückgeführten Abgases eingestellt werden kann. Das Abgasrückführrohr 13 und das Abgasrückführventil 14 bilden eine sogenannte Abgasrückführung.

Von einem Kraftstofftank 15 führt eine Tankentlüftungsleitung 16 zu dem Ansaugrohr 7. 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. Die Tankentlüftungsleitung 16 und das Tankentlüftungsventil 17 bilden eine sogenannte Tankentlüftung.

Im Bereich des Abgasrohrs 7 ist vor dem Katalysator 12 und/oder nach dem Katalysator 12 ein Lambdasensor 21, 22 vorgesehen. Es kann dabei nur einer der beiden Lambdasensoren 21, 22 oder auch beide vorhanden sein. Mit Hilfe des bzw. der Lambdasensoren 21, 22 ist in dem Steuergerät 18 ein Lambda-Regelkreis realisiert, mit dem Lambda z. B. auf Eins geregelt wird. Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß nur der Lambdasensor 21 vorhanden 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. Stellern 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 Flash-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.

Die Brennkraftmaschine 1 der Fig. 1 kann in einer Mehrzahl von Betriebsarten betrieben werden. So ist es möglich, die Brennkraftmaschine 1 in einem Homogenbetrieb und in einem Schichtbetrieb zu betreiben.

Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase von dem Einspritzventil 9 direkt in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Der Kraftstoff wird dadurch bis zur Zündung noch weitgehend verwirbelt, so daß im Brennraum 4 ein im wesentlichen homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht. Das zu erzeugende Moment wird dabei im wesentlichen über die Stellung der Drosselklappe 11 von dem Steuergerät 18 eingestellt. Im Homogenbetrieb werden die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 derart gesteuert und/oder geregelt, daß Lambda gleich Eins ist. Der Homogenbetrieb wird insbesondere bei Vollast angewendet.

Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase von dem Einspritzventil 9 direkt in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Damit ist bei der Zündung durch die Zündkerze 10 kein homogenes Gemisch im Brennraum 4 vorhanden, sondern eine Kraftstoffschichtung. Die Drosselklappe 11 kann, abgesehen von Anforderungen z. B. der Abgasrückführung und/oder der Tankentlüftung, vollständig geöffnet und die Brennkraftmaschine 1 damit entdrosselt betrieben werden. Das zu erzeugende Moment wird im Schichtbetrieb weitgehend über die Kraftstoffmasse eingestellt. Mit dem Schichtbetrieb kann die Brennkraftmaschine 1 insbesondere im Leerlauf und bei Teillast betrieben werden.

Zwischen den genannten Betriebsarten der Brennkraftmaschine 1 kann hin- und her- bzw. umgeschaltet werden. Derartige Umschaltungen werden von dem Steuergerät 18 durchgeführt.

In der Fig. 2 ist im oberen Teil die jeweils aktuelle Betriebsart der Brennkraftmaschine 1 über der Zeit t aufgetragen. Der Homogenbetrieb ist mit "H" und der Schichtbetrieb ist mit "S" abgekürzt.

In dem unteren Teil der Fig. 2 ist über der Zeit t aufgetragen, ob der in dem Steuergerät 18 realisierte Lambda-Regelkreis aktiviert ist oder nicht. Ein aktiver Lambda-Regelkreis ist mit "A" gekennzeichnet, ein inaktiver Lambda-Regelkreis mit "I".

In einem Zeitpunkt t0 der Fig. 2 befindet sich die Brennkraftmaschine 1 im Homogenbetrieb und der Lambda- Regelkreis ist aktiv. Dies bedeutet unter anderem, daß fortlaufend ein Regelfaktor ermittelt und von dem Steuergerät 18 ausgegeben wird. Die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine werden damit derart beeinflußt, daß das sich ergebende Lambda z. B. gleich Eins ist. Insbesondere wird von dem Regelfaktor die in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoffmasse beeinflußt.

In einem Zeitpunkt t1 wird von dem Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Lambda- Regelkreis deaktiviert, also abgeschaltet. Dies ist möglich, da im Schichtbetrieb die einzuspritzende Kraftstoffmasse im wesentlichen aus dem angeforderten Moment ermittelt wird und Lambda dabei keine Rolle spielt. Die Lambda-Regelung wird also im Schichtbetrieb nicht verwendet.

Es wird jedoch in dem Steuergerät 18 der letzte Regelfaktor der Lambda-Regelung vor deren Abschaltung gespeichert. Dieser Regelfaktor wird auch nicht mehr von dem Steuergerät 18 ausgegeben und z. B. zur Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse verwendet.

In einem Zeitpunkt t2 der Fig. 2 wird von dem Steuergerät 18 vom Schichtbetrieb wieder in den Homogenbetrieb umgeschaltet. Es erfolgt jedoch keine gleichzeitige Aktivierung des Lambda-Regelkreises, obwohl die Lambda- Regelung im Homogenbetrieb durchgeführt wird. Stattdessen wird der Lambda-Regelkreis erst nach einer Zeitdauer T aktiviert. Dies ist in einem Zeitpunkt t3 der Fig. 2 der Fall.

Die Zeitdauer T ist abhängig von der Laufzeit der Gase von dem Brennraum 4 bis zu dem Lambdasensor 21. Die Zeitdauer T entspricht damit derjenigen Verzögerungszeit, die vergeht, bis das von dem Lambdasensor 21 meßbare Lambda nicht mehr von den Verbrennungen des Schichtbetriebs stammt, sondern von den Verbrennungen des neu umgeschalteten Homogenbetriebs.

Die Zeitdauer T kann ebenfalls von einer Zeitkonstante des Lambdasensors 21 abhängig sein. Ebenfalls kann die Zeitkonstante T von anderen systembedingten Zeitkonstanten abhängig sein.

Während der Zeitdauer T, also zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 werden die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 hinsichtlich Lambda gesteuert. Dies bedeutet beispielsweise, daß die einzuspritzende Kraftstoffmasse nicht über den Lambda-Regelkreis geregelt, sondern unabhängig davon gesteuert wird. Dabei ist es möglich, daß der zuletzt gespeicherte Regelfaktor der Lambda-Regelung für diese Steuerung herangezogen wird.

In dem Zeitpunkt t3 wird der Lambda-Regelkreis wieder aktiviert. Erst nach der Zeitdauer T nach dem Umschalten in den Homogenbetrieb wird also der Lambda-Regelkreis wieder geschlossen. Danach wird somit z. B. die einzuspritzende Kraftstoffmasse wieder in Abhängigkeit von dem Lambda- Regelkreis über den fortlaufend ermittelten Regelfaktor geregelt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, bei dem in der zweiten Betriebsart eine Lambda-Regelung durchgeführt wird, bei dem zwischen den Betriebsarten umgeschaltet wird, bei dem nach dem Umschalten von der ersten in die zweite Betriebsart die Lambda-Regelung erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer (T) durchgeführt wird, und bei dem während der Zeitdauer (T) eine Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung derjenige Regelfaktor herangezogen wird, der bei der letzten Lambda-Regelung zuletzt ermittelt worden ist, und daß der bei der letzten Lambda-Regelung zuletzt ermittelte Regelfaktor bei dieser letzten Lambda- Regelung nicht mehr ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (T) abhängig ist von einer Laufzeit der Gase.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (T) abhängig ist von einer systembedingten Zeitkonstanten.

4. Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Brennraum (4), in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist, mit einem Lambdasensor (21, 22) zur Durchführung einer Lambda-Regelung in der zweiten Betriebsart, und mit einem Steuergerät (18) zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten, wobei durch das Steuergerät (18) nach dem Umschalten von der ersten in die zweite Betriebsart die Lambda-Regelung erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer (T) durchführbar ist, und wobei durch das Steuergerät (18) während der Zeitdauer (T) eine Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät (18) für die Steuerung derjenige Regelfaktor heranziehbar ist, der bei der letzten Lambd-Regelung zuletzt ermittelt worden ist, und dass von dem Steuergerät (18) der bei der letzten Lambda-Regelung zuletzt ermittelte Regelfaktor bei dieser letzten Lambda-Regelung nicht mehr ausgegeben wird.

5. Steuergerät (18) für eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (1) mit einem Brennraum (4) versehen ist, in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) mit einem Lambdasensor (21, 22) zur Durchführung einer Lambda-Regelung in der zweiten Betriebsart versehen ist, wobei das Steuergerät (18) zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten vorgesehen ist, wobei durch das Steuergerät (18) nach dem Umschalten von der ersten in die zweite Betriebsart die Lambda-Regelung erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer (T) durchführbar ist, und wobei durch das Steuergerät (18) während der Zeitdauer (T) eine Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät (18) für die Steuerung derjenige Regelfaktor heranziehbar ist, der bei der letzten Lambda-Regelung zuletzt ermittelt worden ist, und dass von dem Steuergerät (18) der bei der letzten Lambda-Regelung zuletzt ermittelte Regelfaktor bei dieser letzten Lambda-Regelung nicht mehr ausgegeben wird.