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DE102004032148A1 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mittels eines Kraftstoffeinspritzventils zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, wobei in einem Homogenbetriebsmodus der Kraftstoff während eines Ansaugtakts eingespritzt wird, in einem Schichtbetriebsmodus der Kraftstoff während eines Verdichtungstakts eingespritzt wird und in einem Übergangsbetriebsmodus ein erster Teil des Kraftstoffs während des Ansaugtakts und ein zweiter Teil des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts eingespritzt wird. Erfindungsgemäß wird der jeweilige Betriebsmodus in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgewählt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung sind bereits bekannt. Bei den bekannten Verfahren zur Steuerung wird in der Regel in einem Homogenbetriebsmodus der Kraftstoff während des Ansaugtakts, und in einem Schichtbetriebsmodus der Kraftstoff während des Verdichtungstakts in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Homogenbetriebsmodus ist vorzugsweise für den Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen, während der Schichtbetriebsmodus für den Leerlauf- und Teillastbetrieb geeignet ist. Zwischen den genannten Betriebsmodi wird meist in Abhängigkeit von dem angeforderten Drehmoment umgeschaltet.
  • Die bisherige Vorgehensweise bei einem Wechsel zwischen dem Homogenbetriebsmodus und dem Schichtbetriebsmodus sieht vor, den notwendigen Luftüberschuss für den Schichtbetriebsmodus bereits im Homogenbetriebsmodus einzustellen, wobei das überschüssige Moment durch eine Zündwinkelspätverstellung kompensiert wird. Die Zündwinkelspätverstellung ist allerdings aufgrund von Laufgrenzen der Brennkraftmaschine beschränkt. Daher ist es unter Umständen schwierig, drehmomentenneutral umzuschalten. Beim Wechsel in den Schichtbetriebsmodus treten aufgrund des noch nicht eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöhte bzw. andere Emissionen auf.
  • In der DE 198 28 980 C2 wird als Stand der Technik die JP 05071383 A angeführt, aus der ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt ist, wobei in einem Homogenbetriebsmodus der Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt wird, in einem Schichtbetriebsmodus der Kraftstoff während des Verdichtungstakts eingespritzt wird und in einem Übergangbetriebsmodus ein erster Teil des Kraftstoffs während des Ansaugtakts und ein zweiter Teil des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts eingespritzt wird. Der jeweilige Modus wird entsprechend dem Fahrzustand ausgewählt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung anzugeben, durch das ein drehmomentenneutraler und last-unabhängiger Übergang zwischen den jeweiligen Betriebsmodi möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mittels eines Kraftstoffeinspritzventils zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, wobei in einem Homogenbetriebsmodus der Kraftstoff während eines Ansaugtakts eingespritzt wird, in einem Schichtbetriebsmodus der Kraftstoff während eines Verdichtungstakts eingespritzt wird und in einem Übergangsbetriebsmodus ein erster Teil des Kraftstoffs während des Ansaugtakts und ein zweiter Teil des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der jeweilige Betriebsmodus in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgewählt wird.
  • Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, auch Lambda genannt, dient als Steuergröße zum Betreiben der Brennkraftmaschine. Abhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird die Brennkraftmaschine in einem der drei Betriebsmodi betrieben. Wird die Brennkraftmaschine im Homogenbetriebsmodus betrieben, wird das Kraftstoffeinspritzventil derart angesteuert, dass der Kraftstoff sehr früh am Ladungswechsel eingespritzt wird. Der Homogenbetriebsmodus ist bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter ca. 1,4 möglich. Im Schichtbetriebsmodus wird das Kraftstoffeinspritzventil derart angesteuert, dass der Kraftstoff erst sehr spät, kurz vor der Zündung, eingespritzt wird. Die Anzahl der Einspritzungen (Einzeleinspritzung oder Mehrfacheinspritzung) im Schichtbetriebsmodus ist abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmasse. Der Schichtbetriebsmodus ist bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis über ca. 1,5 möglich. Im Übergangbetriebsmodus wird das Kraftstoffeinspritzventil derart angesteuert, dass ein Teil des einzuspritzenden Kraftstoffs sehr früh während des Ladungswechsels und der zweite Teil des Kraftstoffs sehr spät, kurz vor der Zündung, eingespritzt wird. Der Übergangbetriebsmodus ist bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ca. 1,0 bis ca. 2,0 möglich.
  • Die Erfindung bietet weiter den Vorteil, dass im Übergangsbereich hohe Emissionen und hohe Abgastemperaturen vermieden werden können. Der Übergangsbetriebsmodus kann innerhalb seiner Grenzen auch dauerhaft gefahren werden, da bspw. der Kraftstoffverbrauch im Übergangsbetriebsmodus im Vergleich zum Homogenbetriebsmodus geringer ist. Somit ist es sinnvoll, bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis, bei dem die Brennkraftmaschine sowohl im Homogenbetriebsmodus als auch im Übergangsbetriebsmodus betrieben werden kann, den Übergangsbetriebsmodus zu wählen.
  • Vorteilhafterweise wird bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches kleiner als ein vorgegebener erster Grenzwert ist, die Brennkraftmaschine im Homogenbetriebsmodus betrieben. Als vorgegebener erster Grenzwert ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ca. 1,2 sinnvoll, da in diesem Bereich die Steuerung der Brennkraftmaschine sowohl im Homogenbetriebsmodus, wie auch im Übergangbetriebsmodus möglich und auch sinnvoll ist.
  • Vorteilhafterweise wird bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches größer als der vorgegebene erste Grenzwert und kleiner als ein vorgegebener zweiter Grenzwert ist, die Brennkraftmaschine im Übergangbetriebsmodus betrieben. Als vorgegebener zweiter Grenzwert ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ca. 1,7 sinnvoll, da in diesem Bereich die Steuerung der Brennkraftmaschine sowohl im Übergangbetriebsmodus, wie auch im Schichtbetriebsmodus möglich und auch sinnvoll ist. Vorteilhafterweise wird dementsprechend bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches größer als der vorgegebene zweite Grenzwert ist, die Brennkraftmaschine im Schichtbetriebsmodus betrieben.
  • Vorteilhafterweise wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mittels einer Lambdasonde gemessen und/oder aus vorgegebenen Parametern berechnet und/oder aus einem Kennfeld ermittelt. Bei einer Berechnung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses können vorteilhafterweise als Parameter die optimale oder aktuelle Luftmenge und die für das Drehmoment erforderliche optimale Kraftstoffmenge verwendet werden, wobei sich die optimale Luftmenge aus einem optimalen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ergibt.
  • Abhängig davon, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt wird, handelt es sich um eine Ist-Verhältnis oder ein Soll-Verhältnis. So wird bspw. mittels der Lambdasonde ein Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, also ein aktuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemessen. Abhängig davon, ob es sich um ein Ist- oder Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis handelt, können, die Grenzwerte, bei denen ein Übergang von einem Betriebsmodus in einem anderen stattfindet, unterschiedlich festgelegt werden.
  • Wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, kann entweder das Soll-Verhältnis (optimale Luftmenge/optimale Kraftstoffmenge) oder in etwa das Ist-Verhältnis (aktuelle Luftmenge/optimale Kraftstoffmenge) berechnet werden.
  • Wird der optimale Betriebspunkt korrigiert, kann vorteilhafterweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus einer optimalen oder aktuellen Luftmenge und einer korrigierten Kraftstoffmenge berechnet werden. Die Korrektur der Kraftstoffmenge kann bspw. notwendig sein, um das Drehmoment der Brennkraftmaschine gleich zu halten, da durch eine Laständerung bzw. Drosselung der Brennkraftmaschine wegen einer externen Abgasrückführung oder einer Tankentlüftung die optimale Luftmenge nicht eingestellt werden kann. Die korrigierte Kraftstoffmenge kann dementsprechend vorteilhafterweise abhängig von einer aktuellen Luftmenge ermittelt werden.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • In der einzigen Figur ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mittels eines Kraftstoffeinspritzventils zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder dargestellt. In Abhängigkeit von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ wird die Brennkraftmaschine entweder im Homogenbetriebsmodus H, im Übergangbetriebsmodus Ü oder im Schichtbetriebsmodus S betrieben. Im Homogenbetriebsmodus H wird der Kraftstoff während eines Ansaugtakts eingespritzt, im Schichtbetriebsmodus S wird der Kraftstoff während eines Verdichtungstakts eingespritzt und im Übergangbetriebsmodus Ü wird ein erster Teil des Kraftstoffs während des Ansaugtakts und ein zweiter Teil des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts eingespritzt.
  • Bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ, welches kleiner als ein vorgegebener erster Grenzwert GW1 ist, wird die Brennkraftmaschine vorteilhafterweise im Homogenbetriebsmodus H betrieben. Bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ, welches größer als der vorgegebene erste Grenzwert GW1 und kleiner ist als ein vorgegebener zweiter Grenzwert GW2 ist, wird die Brennkraftmaschine vorteilhafterweise im Übergangbetriebsmodus Ü betrieben. Bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ, welches größer als der vorgegebener zweite Grenzwert GW2 ist, wird die Brennkraftmaschine vorteilhafterweise im Schichtbetriebsmodus S betrieben.
  • Bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ kann es sich um ein gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-S und/oder um ein berechnetes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-B und/oder um ein kennfeldermitteltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-KF handeln, wobei es sich bei dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-S um ein aktuelles Ist-Verhältnis und bei dem berechneten und dem kennfeldermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-B bzw. λ-KF um ein Soll-Verhältnis handelt. Das kennfeldermittelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-KF wird aus einem Kennfeld KF in Abhängigkeit von der Last L und der Drehzahl N ermittelt und das gemessene Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-S wird mittels einer Lambdasonde S gemessen.
  • Das berechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-B wird aus einem korrigierten Kraftstoffmenge KMkorr und einer optimalen bzw. Ist- Luftmenge LM oder einer aktuellen Luftmenge (hier nicht dargestellt) ermittelt. Zuerst wird aus der Last L und der Drehzahl N in einer Betriebspunktberechnungs-Einheit B-BP ein optimaler Betriebspunkt BP berechnet, aus dem sich zumindest eine optimale Luftmenge LM und eine optimale Kraftstoffmenge KM ergibt.
  • Um das Drehmoment gleich zu halten, kann es notwendig sein, den Betriebspunkt BP in einer Betriebspunkt-Korrektureinheit B-BPkorr zu korrigieren, wodurch sich ein korrigierter Betriebspunkt BPkorr ergibt. Die Korrektur des Betriebspunktes ist abhängig von der prozentualen Abweichung der aktuellen Luftmenge bzw. Luftfüllung von der optimalen Luftmenge LM, woraus sich ein Korrekturfaktor ergibt. Mittels des Korrekturfaktors wird eine Wirkungsgradkorrektur vorgenommen. Aufgrund einer möglichen klopfenden Verbrennung im Homogenbetriebsmodus kann bei einem aus dem optimalen Betriebspunkt ermittelten optimalen Zündwinkel nicht gezündet werden. Deshalb muss der optimale Zündwinkel ebenfalls korrigiert werden. Für die Korrektur des Zündwinkels muss ein Wirkungsgrad berücksichtigt werden, der abhängig von dem Abstand der Zündung zum Zündwinkel ist.
  • Aus dem korrigierten Betriebspunkt BPkorr wird in einer Kraftstoffmengen-Korrektureinheit B-KMkorr die korrigierte Kraftstoffmenge KMkorr berechnet. Die korrigierte Kraftstoffmenge KMkorr wird aus der optimalen Kraftstoffmenge KM, einem korrigierten Wirkungsgrad und einem korrigierten Zündwinkel berechnet, wobei sich der korrigierte Wirkungsgrad und der korrigierte Zündwinkel aus dem korrigierten Betriebspunkt BPkorr ergeben.
  • Aus der korrigierten Kraftstoffmenge KMkorr und der optimalen Luftmenge wird in der λ-Berechnungseinheit B-λ das (Soll-)Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ-B berechnet. Anstelle der optimalen Luftmenge LM kann auch die aktuellen Luftmenge für die Berechnung verwendet werden.
  • Es können eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obiger Beschreibung gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mittels eines Kraftstoffeinspritzventils zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, wobei in einem Homogenbetriebsmodus der Kraftstoff während eines Ansaugtakts eingespritzt wird, in einem Schichtbetriebsmodus der Kraftstoff während eines Verdichtungstakts eingespritzt wird und in einem Übergangsbetriebsmodus ein erster Teil des Kraftstoffs während des Ansaugtakts und ein zweiter Teil des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Betriebsmodus (H; Ü; S) in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-KF; λ-B; λ-S) ausgewählt wird.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-KF; λ-B; λ-S), welches kleiner ist als ein vorgegebener erster Grenzwert (GW1), die Brennkraftmaschine im Homogenbetriebsmodus (H) betrieben wird.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-KF; λ-B; λ-S), welches größer ist als der vorgegebene erste Grenzwert (GW1) und kleiner als ein vorgegebener zweiter Grenzwert (GW2), die Brennkraftmaschine im Übergangbetriebsmodus (Ü) betrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-KF; λ-B; λ-S), welches größer ist als der vorgegebene zweite Grenzwert (GW2), die Brennkraftmaschine im Schichtbetriebsmodus (S) betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-KF; λ-B; λ-S) mittels einer Lambdasonde (S) gemessen und/oder aus vorgegebenen Parametern (N, L) berechnet und/oder aus einem Kennfeld (KF) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-B) aus einer optimal Luftmenge (LM) oder einer aktuellen Luftmenge und einer optimalen Kraftstoffmenge (KM) berechnet wird.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-B) aus einer optimalen Luftmenge (LM) oder einer aktuellen Luftmenge und einer korrigierten Kraftstoffmenge (KMkorr) berechnet wird.
  8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierte Kraftstoffmenge (KMkorr) abhängig von einer aktuellen Luftmenge ermittelt wird.
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