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DE102004021183A1 - Torque neutral switching method for e.g. direct injection internal combustion engine, involves adjusting air/fuel ratio dependent on torque for torque neutral switching of engine between partial and full load operation modes - Google Patents

Torque neutral switching method for e.g. direct injection internal combustion engine, involves adjusting air/fuel ratio dependent on torque for torque neutral switching of engine between partial and full load operation modes Download PDF

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Abstract

The method involves adjusting air/fuel ratio dependent on the torque for torque neutral switching of an internal combustion engine between a mode with a partial load operation and another mode with a full load operation. The air/fuel ratio indicates the ratio of the fuel to the offered oxygen during the combustion of the fuel. The air/fuel ratio is adjusted in a selective cycle. An independent claim is also included for an internal combustion engine with an inlet valve.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The The invention relates to a method for torque-neutral switching an internal combustion engine and an internal combustion engine for carrying out the Method according to the preambles of independent Claims.

Aus dem Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen mit einer variablen Ventilsteuerung bekannt, wobei letztere es ermöglichen soll, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und geringe Abgasemissionen bei hohen Drehzahlen in einem Hochlastbereich, mittleren Drehzahlen in einem Teillastbereich mit hohem Drehmoment und auch niedrigen Drehzahlen zu erreichen. Zur variablen Ventilsteuerung ist dabei vorgeschlagen worden, die Nockenwelle bedarfsweise radial gegenüber der Kurbelwelle zu verdrehen. Da üblicherweise die Einlassventile von Brennkraftmaschinen von einer Nockenwelle betätigt werden, kann damit der Öffnungs- bzw. Schließwinkel der Ventile beeinflusst werden. Dabei wird die Ventilhubkurve von der Hubkontur des Nockens festgelegt. Durch die Verdrehung der Nockenwelle ist es daher möglich, die Phasenlage der Ventilhubkurve zwischen zwei Einstellungen zu verändern.Out In the prior art are internal combustion engines with a variable Valve control known, the latter is intended to allow a low Fuel consumption and low exhaust emissions at high speeds in a high load range, medium speeds in a partial load range to achieve high torque and low speeds. For variable valve control has been proposed, the Camshaft, if necessary, to rotate radially relative to the crankshaft. As usual the intake valves of internal combustion engines of a camshaft actuated can be used to open the opening or closing angle the valves are affected. The valve lift curve of the stroke contour of the cam set. By the rotation of the camshaft is it therefore possible the phase angle of the valve lift curve between two settings change.

Zur Steuerung eines Einlassventils ist ferner aus dem Stand der Technik die Verwendung von zwei Nocken mit unterschiedlicher Hubkontur bekannt. Aus der DE 41 35 965 A1 ist beispielsweise bekannt, eine Leistungsnocke zu verwenden, mit der ein hohes Abtriebsdrehmoment an der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden kann sowie ferner eine Sparnocke zu verwenden, mit der ein günstiger Kraftstoffverbrauch ermöglicht wird. Mittels einer Nockenumschalteinrichtung wird in einem vorgegebenen Umschaltbereich eine Umschaltung von der einen auf die andere Nocke vorgenommen. Ohne entsprechende Gegenmaßnahmen stellt sich dabei das Problem, dass verschiedene Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine und in der Folge auch das Drehmoment diskontinuierlich geändert werden. Zur Vermeidung einer derartigen Veränderung ist aus der DE 41 35 965 A1 bekannt, die Ansteuerung einer Drosselklappe und die Vorgabe eines Zündwinkels zu synchronisieren. Eine derartige Steuerung muss relativ genau erfolgen und erfordert daher einen hohen Aufwand, da andernfalls Drehmomentsprünge mit entsprechenden Beschleunigungen bzw. Verzögerungen im Betrieb der Brennkraft maschine erfolgen können. Insbesondere direkt einspritzende Motoren benötigen jedoch eine außerordentlich genaue Steuerung.For controlling an intake valve, the use of two cams with different stroke contour is also known from the prior art. From the DE 41 35 965 A1 For example, it is known to use a power cam with which a high output torque can be provided to the internal combustion engine and also to use a economy cam, with which a favorable fuel consumption is made possible. By means of a cam switching device, a changeover from one to the other cam is made in a predetermined switching range. Without corresponding countermeasures, the problem arises that different state variables of the internal combustion engine and consequently also the torque are changed discontinuously. To avoid such a change is from the DE 41 35 965 A1 known to synchronize the control of a throttle and the specification of a firing angle. Such control must be relatively accurate and therefore requires a lot of effort, otherwise torque jumps can occur with corresponding accelerations or delays in the operation of the internal combustion engine. However, direct injection engines, in particular, require extremely precise control.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine sowie eine entsprechende Brennkraftmaschine zu schaffen, mit denen ein drehmomentneutrales Umschalten auf eine relativ einfache Weise realisiert werden kann.task The present invention is a method for torque neutral Switching an internal combustion engine and a corresponding internal combustion engine to create a torque-neutral switching to a relatively simple way can be realized.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The Task is according to the invention with the features the independent one claims solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer ersten Betriebsart mit einem Teillastbetrieb und einer zweiten Betriebsart mit einem Volllastbetrieb wird für ein drehmomentneutrales Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten das Luftverhältnis abhängig vom Drehmoment eingestellt. Das Luftverhältnis gibt bekanntermaßen das Verhältnis von Kraftstoff zu angebotenem Sauerstoff bei der Verbrennung des Kraftstoffs an. Bevorzugt erfolgt ein Fettigkeitseingriff. Erfindungsgemäß kann über das Luftverhältnis sowohl das Drehmoment als auch der Wirkungsgrad günstig beeinflusst werden. Durch die erfindungsgemäße Einstellung des Luftverhältnisses abhängig vom Drehmoment erfolgt eine Kompensation einer Drehmomentdifferenz zwischen Teillastbetrieb und Volllastbetrieb, welche unabhängig von einer spezifischen Umschalt-Methode für alle Arten von Momentensprüngen geeignet und insbesondere bei direkteinspritzenden Motoren sehr vorteilhaft einsetzbar ist. Eine günstige Umschalt-Methode ist beispielsweise eine Ventilhubumschaltung mit Volllastnocken und Teillastnocken.at the method according to the invention for torque neutral switching an internal combustion engine with at least a first mode with a partial load operation and a second mode with a full load operation is for a torque neutral Switching between the two modes of operation the air ratio depends on Torque set. The air ratio is known to do that relationship from fuel to oxygen offered during the combustion of the Fuel. Preferably, a greasiness intervention takes place. According to the invention can over the air ratio both the torque and the efficiency are favorably influenced. By the inventive setting of air ratio dependent the torque is compensated for a torque difference between Part load operation and full load operation, which is independent of a specific switching method suitable for all types of momentum jumps and Particularly advantageous for direct injection engines is. A cheap one Shift method is for example a valve lift with Full load cams and part load cams.

Günstig ist, das Luftverhältnis abhängig von einer Drehmomentdifferenz zwischen Teillastbetrieb und Volllastbetrieb einzustellen. Vorzugsweise ist die Drehmomentdifferenz möglichst klein. Beim Umschalten kann eine praktisch vollständige Momentenkompensation erfolgen.Cheap, the air ratio dependent from a torque difference between part load operation and full load operation adjust. Preferably, the torque difference is as possible small. When switching can be a virtually complete torque compensation respectively.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei einer Umschaltung das Luftverhältnis einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern zylinderselektiv eingestellt. Vorteilhaft ist weiterhin, das Luftverhältnis zyklusselektiv einzustellen, so dass die Momentenkompen sation zyklusgenau erfolgen kann. Als Zyklus ist ein abgeschlossener Ablauf von einzelnen aufeinanderfolgenden Takten in einem einzigen Zylinder zu verstehen. Nach Ablauf des Zyklus wiederholen sich die Takte. Bei einem Viertakt-Motor ist dies beispielsweise ein Ablauf mit Ansaugen von Verbrennungsluft mittels eines Ansaughub eines Kolbens im Zylinder, Verdichten der Verbrennungsluft durch einen Kompressionshub des Kolbens, Verbrennen eines eingeführten Kraftstoffs, insbesondere eines direkt in eine Brennkammer des Zylinders eingespritzten Kraftstoffs, sowie Ausstoßen des Verbrennungsprodukts aus dem Brennraum. Der nächste Zyklus beginnt wieder mit einem Ansaugen von Verbrennungsluft. Bei einem Viertaktmotor benötigt jeder Takt eine halbe Kurbelwellenumdrehung, während die Nockenwelle, welche die Einlassventile und Auslassventile des Zylinders betätigt, nur halb so schnell dreht. Das Luftverhältnis kann individuell eingestellt werden. Selbstverständlich kann das Luftverhältnis auch bei einem Zweitakt-Motor entsprechend dem Zweitaktzyklus zyklusselektiv eingestellt werden.In an advantageous development, the air ratio of an internal combustion engine having a plurality of cylinders is set to be cylinder-selective during a changeover. It is also advantageous to set the air ratio cyclically selective, so that the torque compen sations can be done cycle exact. A cycle is a closed sequence of individual successive cycles in a single cylinder. After the cycle, the clocks are repeated. In a four-cycle engine, this is, for example, a drain with intake of combustion air by means of a suction stroke of a piston in the cylinder, compression of the combustion air by a compression stroke of the piston, burning of an introduced fuel, in particular a directly injected into a combustion chamber of the cylinder fuel, and ejecting the Ver combustion product from the combustion chamber. The next cycle starts again with a suction of combustion air. In a four-stroke engine, each stroke requires half a crankshaft revolution while the camshaft, which operates the intake and exhaust valves of the cylinder, only rotates half as fast. The air ratio can be set individually. Of course, the air ratio can be set cyclically selective even in a two-stroke engine according to the two-stroke cycle.

Ein oder mehrere einzelne Zylinder können ausgeblendet werden, so dass beispielsweise genau diejenigen Zylinder ausgeblendet werden, die bekanntermaßen zuerst umgeschaltet werden und auf Grund eines noch nicht angepassten Saugrohrdrucks eine unerwünscht hohe Differenz im Momentenbeitrag gegenüber noch nicht geschalteten Zylindern aufweisen. Beispielsweise kann eine Zündung des oder der Zylinder ausgeblendet werden. Bei der Umschaltung von einem Teillastbetrieb auf einen Volllastbetrieb kann ein Drehmomentsprung daraus resultieren, dass – beispielsweise bei einer Ventilhubumschaltung- bei dem Betrieb mit dem Kleinnocken der Motor nahezu entdrosselt, d.h. mit hohem Saugrohrdruck betrieben wird. Bei einer Umschaltung auf den Volllastbetrieb, beispielsweise bei Ventilhubumschaltung auf einen Volllastnocken, wird aufgrund des hohen Saugrohrdrucks ohne weitere Maßnahmen kurzfristig ein hohes Drehmoment von der Brennkraftmaschine abgegeben. Dies kann auch in Umkehrung gelten. Zur Reduzierung eines Energieeintrags durch Kraftstoff in die Brennkraftmaschine bei hohem Saugrohrdruck und einem Betrieb mit Volllast wird daher erfindungsgemäß ein geeignet eingestelltes Luftverhältnis eingestellt.One or several individual cylinders can be hidden so that, for example, just those cylinders hidden be known be switched first and due to a not yet adapted Saugrohrdrucks an undesirable high difference in the moment contribution compared to not yet switched Cylinders have. For example, ignition of the cylinder or cylinders be hidden. When switching from a partial load operation on a full load operation, a torque jump can result from that - for example in a Ventilhubumschaltung- in the operation with the small cams the Motor almost de-throttled, i. operated with high intake manifold pressure becomes. When switching to full load operation, for example when valve lift is switched to a full load cam, due to the high intake manifold pressure without further measures in the short term a high Torque emitted by the internal combustion engine. This can too apply in reverse. To reduce an energy input through Fuel in the internal combustion engine at high intake manifold pressure and operation at full load is therefore suitable according to the invention set air ratio set.

Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist abgesehen von ihren gattungsgemäßen Merkmalen für ein drehmomentneutrales Umschalten vorgesehen, dass für ein drehmomentneutrales Umschalten zwischen Teillastbetrieb und Volllastbetrieb das Luftverhältnis abhängig vom Drehmoment einstellbar ist. Hiermit können wenigstens während des Umschaltens zwei individuell optimierte Betriebsbereiche bei niedrigen und/oder mittleren Drehzahlen bzw. hohen Drehzahlen ermöglicht werden.at an internal combustion engine according to the invention is apart from their generic features for a torque neutral Switching provided for that a torque neutral switching between partial load operation and Full load operation the air ratio dependent is adjustable by the torque. This can at least during the Switching two individually optimized operating ranges at low and / or medium speeds or high speeds are possible.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei der in einem Brennraum eines Zylinders ein Kraftstoff-Luft-Bindegemisch gezündet wird. Eine derartige Brennkraftmaschine umfasst mehrere Zylinder, in deren Brennraum jeweils über mindestens ein Einlassventil und ein Ansaugrohr Verbrennungsluft zugeführt wird. Zur Bereitstellung des Kraftstoffs ist ein Kraftstoffsystem vorgesehen. Das Ansaugrohr kann durch eine Drosselklappe verengt werden. Einlass- und Auslassventil eines Zylinders werden jeweils von einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle oder von einer einzigen Nockenwelle betätigt. Gegebenenfalls können die Nockenwellen durch Aktoren verstellt werden. Gegebenenfalls erfolgt ferner eine Erfassung der Winkelstellung der jeweiligen Nockenwelle durch einen Sensor. Die Nockenwelle wird von einer Kurbelwelle her angetrieben, deren Winkelstellung und Drehzahl gegebenenfalls von einem Sensor erfasst werden kann. Zur Steuerung bzw. Regelung der verschiedenen Motorfunktionen ist ferner ein Motorsteuergerät vorgesehen, das Signale von Sensoren für Drehzahl, Drosselklappenstellung, den genannten Sensoren für die Erfassung von Parametern der Kurbelwelle, der Nockenwelle und dergleichen sowie einer Last- oder Leistungsanforderung umfasst.The inventive method applies to a spark-ignition internal combustion engine, in which in a combustion chamber of a cylinder, a fuel-air-bonding mixture is ignited. Such an internal combustion engine comprises a plurality of cylinders, in whose Combustion chamber each above at least one inlet valve and an intake manifold combustion air supplied becomes. To provide the fuel is a fuel system intended. The intake pipe can be narrowed by a throttle valve become. Inlet and exhaust valves of a cylinder are each from an intake camshaft and an exhaust camshaft or from a single camshaft actuated. If necessary, you can the camshafts are adjusted by actuators. Possibly Furthermore, a detection of the angular position of the respective Camshaft through a sensor. The camshaft is powered by a crankshaft driven, their angular position and speed, if necessary can be detected by a sensor. For control the various engine functions, an engine control unit is also provided, the signals from sensors for Speed, throttle position, the aforementioned sensors for the detection parameters of the crankshaft, the camshaft and the like and a load or power request.

In einer günstigen Ausgestaltung ist ein Nockenumschaltsystem mit einer Teillastnocke und einer Volllastnocke für einen Teillastbetrieb bzw. einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine zur Ventilhubumschaltung vorgesehen. Die Nocken weisen Hubkonturen zur Festlegung des Ventilhubs aus. Dabei wird als Volllastnocke die Nocke mit der Kontur bezeichnet, mit der bei einem Ladungswechsel der für Volllast erforderliche Luftaufwand des Motors zur Verfügung gestellt werden kann. Im Allgemeinen ist der maximale Ventilhub bei Volllast größer als bei Teillast.In a cheap one Embodiment is a cam switching system with a part load cam and a full load cam for a partial load operation or a full load operation of the internal combustion engine provided for valve lift. The cams have stroke contours for determining the valve lift. It is called full load cam the cam is marked with the contour, with the at a charge change the one for full load required air consumption of the engine can be provided. In general, the maximum valve lift at full load is greater than at partial load.

Das Nockenumschaltsystem ermöglicht eine zyklusgenaue Umschaltung vom Teillastnocken in den Volllastnocken. Zusätzlich kann eine Zünd-Ausblendung einzelner Zylinder so gesteuert werden, dass genau die Zylinder umgeschaltet werden, von denen bekannt ist, dass diese zuerst umgeschaltet werden und bei denen der Saugrohrdruck noch nicht angepasst ist und daher eine große Differenz im Momentenbeitrag gegenüber noch nicht geschalteten Zylindern aufweisen.The Cam switching system allows a cycle-accurate switchover from the part load cam to the full load cam. additionally can an ignition-blanking Single cylinder can be controlled so that exactly the cylinder be switched, which is known to be switched first and where the intake manifold pressure is not yet adjusted and therefore a big Difference in torque contribution compared to not yet switched cylinders exhibit.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Ventilhubumschaltung beschränkt, sondern für alle Arten von Umschalt-Methoden zwischen Teillast und Volllast geeignet.The However, the invention is not limited to a valve lift switching, but for all Types of switching methods between part load and full load suitable.

Claims (8)

Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine zwischen mindestens einer ersten Betriebsart mit einem Teillastbetrieb und einer zweiten Betriebsart mit einem Volllastbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass für ein drehmomentneutrales Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten das Luftverhältnis abhängig vom Drehmoment eingestellt wird.A method for torque-neutral switching an internal combustion engine between at least a first mode with a partial load operation and a second mode with a full load operation, characterized in that for a torque-neutral switching between the two modes, the air ratio is set depending on the torque. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis abhängig von einer Drehmomentdifferenz zwischen Teillastbetrieb mit Teillastnocken und Volllastbetrieb mit Volllastnocken eingestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the air ratio dependent from a torque difference between part load operation with part load cams and full load operation with full load cam is set. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis zylinderselektiv eingestellt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the air ratio cylinder-selectively adjusted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis zyklusselektiv eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the air ratio is set cyclically selective becomes. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündung eines oder mehrerer Zylinder ausgeblendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that an ignition of one or more cylinders hidden becomes. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung desjenigen Zylinders in einem Zyklus ausgeblendet wird, bei dem zuerst zwischen den Betriebsarten Teillastbetrieb und Volllastbetrieb umgeschaltet wird.Method according to claim 5, characterized in that that the ignition of that cylinder is hidden in a cycle in which first between the operating modes partial load operation and full load operation is switched. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung desjenigen Zylinders in einem Zyklus ausgeblendet wird, bei dem zuerst zwischen Teillastnocken und Volllastnocken umgeschaltet wird.Method according to claim 5 or 6, characterized that the ignition of that cylinder is hidden in a cycle in which first switched between part load cam and full load cam. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einlassventil und einem Einlassnockenumschaltsystem mit einer Teillastnocke und einer Volllastnocke für einen Teillastbetrieb bzw. Volllastbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass für ein drehmomentneutrales Umschalten zwischen Teillastbetrieb und Volllastbetrieb das Luftverhältnis abhängig vom Drehmoment einstellbar ist.Internal combustion engine with at least one inlet valve and an intake cam switching system with a part load cam and a full load cam for a partial load operation or full load operation, characterized that for a torque neutral switching between partial load operation and Full load operation the air ratio dependent is adjustable by the torque.
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