DE19813382A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Die Brennkraftmaschine (1) ist mit einem Einspritzventil (8) versehen, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) einspritzbar ist. Des weiteren ist ein Steuergerät (16) vorgesehen zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von dem Soll-Moment. Eine Änderung des Ist-Moments während eines Umschaltvorgangs wird von dem Steuergerät (16) ermittelt und in Abhängigkeit davon wird zumindest eine der Betriebsgrößen von dem Steuergerät (16) beeinflußt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, bei dem zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet wird, und bei dem die das Ist- Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment in den beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil, mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment der Brennkraftmaschine beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment.

Derartige Systeme zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt. Es wird dabei als erste Betriebsart ein sogenannter Schichtbetrieb und als zweite Betriebsart ein sogenannter Homogenbetrieb unterschieden. Der Schichtbetrieb wird insbesondere bei kleineren Lasten verwendet, während der Homogenbetrieb bei größeren, an der Brennkraftmaschine anliegenden basten zur Anwendung kommt.

Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum derart eingespritzt, daß sich im Zeitpunkt der Zündung eine Kraftstoffwolke in unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze befindet. Diese Einspritzung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, daß die eingespritzte Kraftstoffwolke sich bereits während bzw. unmittelbar nach der Einspritzung bei der Zündkerze befindet und von dieser entzündet wird. Ebenfalls ist es möglich, daß die eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine Ladungsbewegung zu der Zündkerze geführt und dann erst entzündet wird. Bei beiden Brennverfahren liegt keine gleichmäßige Kraftstoffverteilung vor, sondern eine Schichtladung.

Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, daß dort mit einer sehr geringen Kraftstoffmenge die anliegenden kleineren tasten von der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können. Größere Lasten können allerdings nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden.

Im für derartige größere Lasten vorgesehenen Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt, so daß eine Verwirbelung und damit eine Verteilung des Kraftstoffs in dem Brennraum noch ohne weiteres erfolgen kann. Insoweit entspricht der Homogenbetrieb etwa der Betriebsweise von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird. Bei Bedarf kann auch bei kleineren Lasten der Homogenbetrieb eingesetzt werden.

Im Schichtbetrieb wird die Drosselklappe in dem zu dem Brennraum führenden Ansaugrohr weit geöffnet und die Verbrennung wird im wesentlichen nur durch die einzuspritzende Kraftstoffmasse gesteuert und/oder geregelt. Im Homogenbetrieb wird die Drosselklappe in Abhängigkeit von dem angeforderten Moment geöffnet bzw. geschlossen und die einzuspritzende Kraftstoffmasse wird in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse gesteuert und/oder geregelt.

In beiden Betriebsarten, also im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb, wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse in Abhängigkeit zusätzlich von einer Mehrzahl weiterer Betriebsgrößen auf einen im Hinblick auf Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung und dergleichen optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt. Die Steuerung und/oder Regelung ist dabei in den beiden Betriebsarten unterschiedlich.

Es ist erforderlich, die Brennkraftmaschine von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb und wieder zurück umzuschalten. Während im Schichtbetrieb die Drosselklappe weit geöffnet ist und die Luft damit weitgehend entdrosselt zugeführt wird, ist die Drosselklappe im Homogenbetrieb nur teilweise geöffnet und vermindert damit die Zufuhr von Luft. Vor allem bei der Umschaltung vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb muß dabei die Fähigkeit des zu dem Brennraum führenden Ansaugrohrs berücksichtigt werden, Luft zu speichern. Wird dies nicht berücksichtigt, so kann das Umschalten zu einer Erhöhung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Moments führen.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein verbessertes Umschalten zwischen den Betriebsarten möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Änderung des Ist-Moments während eines Umschaltvorgangs ermittelt wird, und daß in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen beeinflußt wird.

Auf der Grundlage der Ermittlung von Änderungen des Ist- Moments während des Umschaltvorgangs ist es möglich, Laufunruhen bzw. ein Ruckeln während des Umschaltens zu erkennen. Nachdem ein Ruckeln erkannt ist, kann durch die Beeinflussung von Betriebsgrößen der Laufunruhe entgegengewirkt werden. Damit ist es insgesamt möglich, Laufunruhen oder Ruckeln während des Umschaltens von dem Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb oder umgekehrt zu vermeiden. Die Umschaltvorgänge zwischen den beiden Betriebsarten werden damit insbesondere im Hinblick auf eine erhöhte Laufruhe und damit auf einen erhöhten Komfort verbessert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Änderung des Ist-Moments bei einer Umschaltung von der ersten in die zweite Betriebsart ermittelt. Dies stellt eine einfache, aber wirkungsvolle Möglichkeit dar, Änderungen des Ist-Moments quasistationär zu erkennen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Änderung des Ist-Moments insbesondere nacheinander bei verschiedenen Füllungen des Brennaums ermittelt. Auf diese Weise wird im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine der dynamische Umschaltruck jeweils quasistationär erkannt. Daraufhin kann diesem Umschaltruck durch eine dynamische Beeinflussung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine im Sinne einer Minimierung entgegengewirkt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Änderung des Ist-Moments in Abhängigkeit von der erfaßten Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Damit wird erreicht, daß mit Hilfe des bereits vorhandenen Drehzahlsensors eine Änderung des Ist-Moments und damit ein Ruckeln oder dergleichen erkannt werden kann. Zusätzliche Sensoren oder sonstige zusätzliche Bauteile sind somit nicht erforderlich.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Laufunruhewerte für die einzelnen Zylinder ermittelt. Aus diesen Laufunruhewerten kann auf Änderungen des Ist-Moments der Brennkraftmaschine geschlossen werden. Damit ist es mit Hilfe der Laufunruhewerte möglich, Drehzahlschwankungen oder ein Ruckeln der Brennkraftmaschine zu erkennen. Die Laufunruhewerte können dabei auf verschiedene Arten ermittelt werden. So ist es möglich, einen Laufunruhesensor zur Messung der Laufunruhewerte vorzusehen. Ebenfalls können die Laufunruhewerte beispielsweise aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgeleitet werden. Wesentlich ist, daß die Laufunruhewerte ein Maß für Drehmomentunterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Zylindern darstellen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zuerst nur einer der Zylinder umgeschaltet, und es wird danach mindestens einer der Laufunruhewerte des umgeschalteten Zylinders mit mindestens einem der Laufunruhewerte von zumindest einem der anderen Zylinder verglichen. Damit kann ermittelt werden, ob ein Drehmomentunterschied zwischen dem umgeschalteten Zylinder und den noch nicht umgeschalteten Zylindern vorhanden ist. Auf diese Weise kann erkannt werden, ob zwischen den beiden Betriebsarten, zwischen denen umgeschaltet werden soll, ein Drehmomentunterschied und damit ein Ruckeln entstehen kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die anderen Zylinder in Abhängigkeit von dem Vergleich umgeschaltet oder nicht umgeschaltet werden. Weichen die Laufunruhewerte des umgeschalteten Zylinders wesentlich von den Laufunruhewerten der nicht umgeschalteten Zylinder ab, so kann ein Umschalten unterbunden werden, um auf diese Weise ein Ruckeln der Brennkraftmaschine sicher zu vermeiden. Liegt jedoch keine wesentliche Abweichung vor, so können auch die anderen Zylinder in die andere Betriebsart umgeschaltet werden. In diesem Fall ist ein Ruckeln der Brennkraftmaschine aufgrund des geringen Unterschieds der Laufunruhewerte nicht zu erwarten.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in Abhängigkeit von dem Vergleich die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine beeinflußt. So ist es möglich, daß bei einer festgestellten Abweichung der Laufunruhewerte des umgeschalteten Zylinders von den Laufunruhewerten der anderen Zylinder Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine derart beeinflußt werden, daß diese Abweichung minimiert oder zu Null wird. Dabei kann die begonnene Umschaltung abgebrochen werden, um ein Ruckeln der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Es ist aber auch möglich, die Umschaltung vollends durchzuführen, so daß die Beeinflussung der Betriebsgrößen erst bei nachfolgenden Umschaltungen wirksam wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen adaptiv durchgeführt. Es erfolgt also eine bleibende Korrektur des Umschaltvorgangs. Damit ist es möglich, beispielsweise Veränderungen der Brennkraftmaschine über deren Laufzeit, insbesondere Verschleißerscheinungen und dergleichen, zu kompensieren. Ebenfalls ist es möglich, Abweichungen zwischen verschiedenen Brennkraftmaschinen desselben Typs bei der Inbetriebnahme auszugleichen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen erst für den nächsten Umschaltvorgang durchgeführt. Damit wird erreicht, daß die erfindungsgemäßen Berechnungen zwischen zwei Umschaltvorgängen durchgeführt werden können, so daß hierfür ausreichend Zeit vorhanden ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der ersten Betriebsart die eingespritzte Kraftstoffmasse insbesondere im Sinne einer Erhöhung beeinflußt wird. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn in der zweiten Betriebsart der Zündwinkel bzw. der Zündzeitpunkt insbesondere im Sinne einer Spätverstellung beeinflußt wird. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, bei einer erkannten Laufunruhe während des Umschaltvorgangs das Ist-Moment der Brennkraftmaschine zu beeinflussen und damit die Laufunruhe zu vermindern. Insbesondere werden durch diese Maßnahmen die beiden Betriebsarten im Umschaltzeitpunkt einander angenähert.

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 eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine der Fig. 1,

Fig. 3 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von Signalen der Brennkraftmaschine der Fig. 1 bei Durchführung des Verfahrens nach der Fig. 2,

Fig. 4 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm von Signalen der Brennkraftmaschine der Fig. 1 bei Durchführung eines dem Verfahren der Fig. 2 entgegengerichteten Verfahrens, und

Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens für das Umschalten nach den Fig. 2 und 3.

In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Des weiteren sind dem Brennraum 4 ein mit einem Signal TI ansteuerbares Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal ZW ansteuerbare Zündkerze 9 zugeordnet.

Das Ansaugrohr 6 ist mit einem Luftmassensensor 10 und das Abgasrohr 7 kann mit einem Lambda-Sensor 11 versehen sein. Der Luftmassensensor 10 mißt die Luftmasse der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal LM. Der Lambda-Sensor 11 mißt den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal λ.

In dem Ansaugrohr 6 ist eine Drosselklappe 12 untergebracht, deren Drehstellung mittels eines Signals DK einstellbar ist.

In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 12 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung dar Zündkerze 9 sowie zeitlich in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 9 der Kraftstoff entzündet, so daß der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird.

In einer zweiten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 12 in Abhängigkeit von der erwünschten, zugeführten Luftmasse teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig 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 9 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben.

Im Schichtbetrieb wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen Kolben eine Kurbelwelle 14 in eine Drehbewegung versetzt, über die letztendlich die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Der Kurbelwelle 14 ist ein Drehzahlsensor 15 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Kurbelwelle 14 ein Signal N erzeugt.

Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse wird von einem Steuergerät 16 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 16 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.

Das Steuergerät 16 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem Luftmassensensor 10, dem Lambda- Sensor 11 und dem Drehzahlsensor 15 verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 16 mit einem Fahrpedalsensor 17 verbunden, der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit das von dem Fahrer angeforderte Moment angibt. Das Steuergerät 16 erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflußt werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und der Drosselklappe 12 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale TI, ZW und DK.

Von dem Steuergerät 16 wird das nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 beschriebene Verfahren zum Umschalten von einem Schichtbetrieb in einen Homogenbetrieb durchgeführt. Die in der Fig. 2 gezeigten Blöcke stellen dabei Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in der Form von Softwaremodulen oder dergleichen in dem Steuergerät 16 realisiert sind.

In der Fig. 2 wird in einem Block 21 davon ausgegangen, daß sich die Brennkraftmaschine 1 in einem stationären Schichtbetrieb befindet. In einem Block 22 wird dann beispielsweise aufgrund einer von dem Fahrer erwünschten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ein Übergang in einen Homogenbetrieb angefordert. Der Zeitpunkt der Anforderung des Homogenbetriebs ist auch aus der Fig. 3 ersichtlich.

Danach erfolgt mittels der Blöcke 23, 24 eine Entprellung, mit der ein kurz aufeinanderfolgendes Hin- und Herschalten zwischen dem Schicht- und dem Homogenbetrieb verhindert wird. Wenn der Homogenbetrieb freigegeben ist, dann wird der Übergang von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb durch einen Block 25 gestartet. Der Zeitpunkt, in dem der Umschaltvorgang beginnt, ist in der Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet.

In dem genannten Zeitpunkt 40 wird die Drosselklappe 12 mittels eines Blocks 26 aus ihrem im Schichtbetrieb vollständig geöffneten Zustand wdksch in einen zumindest teilweise geöffneten bzw. geschlossenen Zustand wdkhom für den Homogenbetrieb gesteuert. Die Drehstellung der Drosselklappe 12 im Homogenbetrieb ist dabei auf ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch, also auf λ = 1 ausgerichtet und hängt des weiteren von z. B. dem angeforderten Moment und/oder der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 und dergleichen ab.

Durch die Verstellung der Drosselklappe 12 geht die Brennkraftmaschine 1 von dem stationären Schichtbetrieb in einen instationären Schichtbetrieb über. In diesem Betriebszustand fällt die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse von einer Füllung rlsch während des Schichtbetriebs langsam zu kleineren Füllungen hin ab. Dies ist aus der Fig. 3 ersichtlich. Die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl bzw. dessen Füllung wird dabei von dem Steuergerät 16 unter anderem aus dem Signal LM des Luftmassensensors 10 ermittelt. Gemäß einem Block 27 wird die Brennkraftmaschine 1 weiterhin im Schichtbetrieb betrieben.

Danach wird mittels eines Blocks 28 der Fig. 2 in einen instationären Homogenbetrieb umgeschaltet. Dies ist in der Fig. 3 in einem Zeitpunkt 41 der Fall.

Gemäß einem Block 29 wird im Homogenbetrieb die in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse rk in Abhängigkeit von der dem Brennraum 4 zugeführten Luftmasse rl derart gesteuert und/oder geregelt, daß insbesondere ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht, daß also λ = 1 ist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Kraftstoff/Luft-Gemisch fett oder mager einzustellen, also λ < 1 bzw. λ < 1 zu wählen.

Die auf diese Weise beeinflußte Kraftstoffmasse rk hat zur Folge, daß - zumindest während einer gewissen Zeitdauer - das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Moment Md ansteigen würde. Dies wird dadurch ausgeglichen, daß im Zeitpunkt 41, also mit dem Umschalten in den Homogenbetrieb, der Zündwinkel ZW, ausgehend von dem Wert zwsch derart verstellt wird, daß das abgegebene Moment Md ein sich unter anderem aus dem angeforderten Moment ergebendes Soll-Moment mdsoll beibehält und damit etwa konstant bleibt.

Zu diesem Zweck wird die Kraftstoffmasse rk aus der dem Brennraum 4 zugeführten Luftmasse rl unter Zugrundelegung eines stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Gemischs ermittelt. Des weiteren wird der Zündwinkel ZW in Abhängigkeit von dem Soll-Moment mdsoll in Richtung einer Spätzündung verstellt. Im Hinblick auf diese Spätverstellung liegt somit noch eine gewisse Abweichung von dem normalen Homogenbetrieb vor, mit der vorübergehend die noch zuviel zugeführte Luftmasse und das daraus resultierende zuviel erzeugte Moment der Brennkraftmaschine 1 vernichtet wird.

In einem Block 30 wird geprüft, ob die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl schließlich auf diejenige Füllung gefallen ist, die zu einem stationären Homogenbetrieb bei einem stöchiometrischem Kraftstoff/Luft-Gemisch gehört. Ist dies noch nicht der Fall, so wird in einer Schleife über den Block 29 weiter abgewartet. Ist dies jedoch der Fall, so wird die Brennkraftmaschine 1 in dem stationären Homogenbetrieb ohne eine Zündwinkelverstellung mittels des Blocks 31 weiterbetrieben. In der Fig. 3 ist dies in einem mit der Bezugsziffer 42 gekennzeichneten Zeitpunkt der Fall.

In diesem stationären Homogenbetrieb entspricht die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse der Füllung rlhom für den Homogenbetrieb und der Zündwinkel zwhom für die Zündkerze 9 entspricht ebenfalls demjenigen für den Homogenbetrieb. Entsprechendes gilt für die Drehstellung wdkhom der Drosselklappe 12.

In der Fig. 3 ist der stationäre Schichtbetrieb als Bereich A, der instationäre Schichtbetrieb als Bereich B, der instationäre Homogenbetrieb als Bereich C und der stationäre Homogenbetrieb als Bereich D gekennzeichnet.

In der Fig. 4 ist ein Umschalten von einem Homogenbetrieb in einen Schichtbetrieb dargestellt. Dabei wird von einem stationären Homogenbetrieb ausgegangen, in dem beispielsweise aufgrund der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 in einen stationären Schichtbetrieb übergegangen werden soll.

Die Umschaltung in den Schichtbetrieb wird von dem Steuergerät 16 dadurch eingeleitet, daß die Anforderung des Homogenbetriebs zurückgenommen wird. Nach einer Entprellung wird die Umschaltung in den Schichtbetrieb freigegeben und es wird die Drosselklappe 12 in diejenige Drehstellung gesteuert, die für den Schichtbetrieb vorgesehen ist. Dabei handelt es sich um eine Drehstellung, bei der die Drosselklappe 12 weitgehend geöffnet ist. Dies ist durch den Übergang von wdkhom nach wdksch in der Fig. 4 dargestellt.

Dabei ist es möglich, daß dieser Übergang ohne oder mit Berücksichtigung eines Drosselklappen-Überschwingers von dem Steuergerät 16 weiterverarbeitet wird. Dies ist in der Fig. 4 durch durchgezogene oder gestrichelte Linien dargestellt.

Das Öffnen der Drosselklappe 12 hat zur Folge, daß die dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse rl zunimmt. Dies geht in der Fig. 4 aus dem Verlauf von rlhom hervor. Danach erfolgt die Umschaltung von dem beschriebenen instationären Homogenbetrieb in einen instationären Schichtbetrieb. Dies ist in der Fig. 4 in dem Zeitpunkt 43 der Fall.

Vor dem Umschalten in den Schichtbetrieb wird die zunehmende, dem Brennraum 4 zugeführte Luftmasse dadurch kompensiert, daß die eingespritzte Kraftstoffmasse rk erhöht und der Zündwinkel ZW nach spät verstellt wird. Dies ergibt sich in der Fig. 4 aus dem Verlauf von rkhom und zwhom.

Nach dem Umschalten in den Schichtbetrieb wird die eingespritzte Kraftstoffmasse rk auf den Wert rksch für den Schichtbetrieb eingestellt. Entsprechendes gilt für den Zündwinkel ZW, der auf den Wert zwsch für den Schichtbetrieb eingestellt wird.

In der Fig. 4 ist der stationäre Homogenbetrieb als Bereich A, der instationäre Homogenbetrieb als Bereich B, der instationäre Schichtbetrieb als Bereich C und der stationäre Schichtbetrieb als Bereich D gekennzeichnet.

In der Fig. 5 ist ein Verfahren dargestellt, das während des Umschaltvorgangs von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb nach den Fig. 2 und 3 angewendet werden kann. Das Verfahren dient dazu, Drehmomentänderungen der Brennkraftmaschine 1, also Änderungen des abgegebenen Ist- Moments Md während des Umschaltvorgangs zu erkennen. Die in der Fig. 5 gezeigten Blöcke stellen dabei Funktionen des Verfahrens dar, die beispielsweise in der Form von Softwaremodulen oder dergleichen in dem Steuergerät 16 realisiert sind.

Entsprechend einem Block 51 wird davon ausgegangen, daß sich die Brennkraftmaschine 1 in einem stationären Schichtbetrieb befindet. In einem Block 52 wird der Umschaltvorgang von dem Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb gestartet.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Erkennung und Minimierung eines dynamisch auftretenden Umschaltrucks wird nacheinander jeweils quasistationär bei unterschiedlichen Füllungen rlgrenz durchgeführt.

Zu diesem Zweck wird in einem Block 53 ein Grenzwert rlgrenz für die Füllung des Brennraums 4 derart gewählt, daß dieser Grenzwert rlgrenz sowohl im Schichtbetrieb, als auch im Homogenbetrieb verwendet werden kann.

Entsprechend einem Block 54 wird die Drosselklappe 12 geschlossen. Dies hat zur Folge, daß sich die dem Brennraum zugeführte Luftmasse rl und damit die Füllung im Brennraum verringert. Auch der Druck ps im Ansaugrohr 6 der Brennkraftmaschine 1, aus dem die Füllung rl abgeleitet werden kann, verringert sich aufgrund des Schließens der Drosselklappe 12. Unabhängig von diesen Veränderungen wird die Brennkraftmaschine 1 entsprechend dem Block 55 weiterhin im Schichtbetrieb weiterbetrieben.

In einem Block 56 wird geprüft, ob die Füllung rl im Brennraum 4 auf den Grenzwert rlgrenz gefallen ist, ob also rl ≦ rlgrenz geworden ist. Ist dies noch nicht der Fall, so wird das Verfahren mit dem Block 54 fortgesetzt, also insbesondere mit dem weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine 1 im Schichtbetrieb entsprechend dem Block 55.

Ist rl ≦ rlgrenz geworden, hat also die Füllung rl im Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 den Grenzwert rlgrenz erreicht, so wird danach entsprechend einem Block 57 der Druck ps im Ansaugrohr 6 etwa konstant gehalten. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Beeinflussung der Drosselklappe 12 erreicht werden.

Nunmehr wird in einem Block 58 einer der Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise der x-te Zylinder in den Homogenbetrieb umgeschaltet. Alle anderen Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 verbleiben jedoch im Schichtbetrieb.

Dem x-ten Zylinder 3 wird entsprechend einem Block 59 die Kraftstoffmasse rk in Abhängigkeit von der Füllung rl im Brennraum 4 und für ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luft- Gemisch, also für λ = 1 zugeführt. Des weiteren wird bei dem x-ten Zylinder 3 der Zündwinkel ZW bzw. der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Soll-Moment mdsoll nach spät verstellt. Damit wird das Drehmoment Md, das sich durch die eingespritzte Kraftstoffmasse rk an sich ergeben würde, aufgrund der Spätverstellung auf den erwünschten Wert des Soll-Moments mdsoll reduziert.

In einem Block 60 werden daraufhin Laufunruhewerte bestimmt. Bei diesen Laufunruhewerten kann es sich um jegliche Werte handeln, die die Laufunruhe bzw. die Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 kennzeichnen. Beispielsweise ist es möglich, der Brennkraftmaschine 1 einen Sensor zuzuordnen, der die Laufunruhe oder die Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 erfaßt. Ebenfalls ist es möglich, daß die Laufunruhe der Brennkraftmaschine 1 aus anderen, insbesondere bereits vorliegenden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 ermittelt wird. Insbesondere ist es möglich, daß die Laufunruhe aus der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 errechnet wird.

Die Laufunruhe bzw. Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 stellt ein Maß für Änderungen des Ist-Moments Md der Brennkraftmaschine 1 dar. Insbesondere stellt die Laufunruhe bzw. Laufruhe ein Maß für Drehmomentunterschiede zwischen nacheinander gezündeten Zylindern 3 der Brennnkraftmaschine 1 dar. Zu diesem Zweck ist es möglich, daß die Laufunruhe bzw. die Laufruhe den einzelnen Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet werden kann.

Nachfolgend ist ein Verfahren zur Ermittlung der Laufunruhe bzw. Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 erläutert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieses beschriebene Verfahren nur beispielhaften Charakter hat und durch beliebige andere Verfahren zur Bestimmung der Laufunruhe bzw. Laufruhe ersetzt und/oder ergänzt werden kann.

Zur Ermittlung der Laufunruhe der Brennkraftmaschine 1 werden Segmentzeiten ts während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 gemessen. Dabei wird bei jeder Verbrennung eine Segmentzeit ts gemessen. Jede Verbrennung erhält eine Nummer n und die zugehörige Segmentzeit wird entsprechend mit ts(n) gekennzeichnet. Als Segment wird beispielsweise ein Kurbelwellenwinkel von 360 Grad dividiert durch die halbe Zylinderanzahl gewählt und jedem der Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet. Insbesondere ist es möglich, das Segment symmetrisch zum oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders 3 anzuordnen.

Die verbrennungsabhängigen Segmentzeiten ts(n) werden beispielsweise mit Hilfe eines Sensors erfaßt, der die Zeitdauer für das Vorbeibewegen des jeweiligen Segments an einem Bezugspunkt mißt. Bei dem Sensor kann es sich dabei insbesondere um den Drehzahlsensor 15 handeln. Die von dem Sensor gemessenen Segmentzeiten ts(n) stellen gleichzeitig Drehzahlinformationen dar, aus denen für den jeweiligen Zylinder 3 der Verlauf der Drehzahl und damit auch Drehzahlschwankungen ableitbar sind.

Durch Vergleichs- und gegebenenfalls Adaptionsfunktionen ist es möglich, systembedingte Drehzahlschwankungen zu ermitteln und bei der Berechnung der Laufunruhe zu kompensieren bzw. unberücksichtigt zu lassen. Dabei kann es sich beispielsweise um Fertigungstoleranzen oder Schwingungen oder dergleichen handeln. Derart kompensierte Segmentzeiten tsk(n) sind damit im wesentlichen nur noch von zylinderindividuellen Drehmomentschwankungen abhängig.

Aus diesen kompensierten Segmentzeiten tsk(n) wird der Laufunruhewert beispielsweise wie folgt berechnet:

lut(n) = (tsk(n+1) - tsk(n) / tsk(n)³)

Durch eine Zuordnung der entsprechend der Verbrennungen n durchnumerierten Laufunruhewerte lut(n) zu den beispielsweise z Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 entstehen pro Arbeitshub j zylinderindividuelle Laufunruhewerte lut(z, j). Diese Laufunruhewerte lut(z, j) können mittels entsprechender Algorithmen gefiltert werden. Beispielsweise ist es möglich, zur Unterdrückung von stochastischen Störungen eine Tiefpaßfilterung durchzuführen. Derart gefilterte, zylinderindividuelle Laufunruhewerte flut(z, j) stellen das erwähnte Maß für Drehmomentunterschiede zwischen nacheinander gezündeten Zylindern 3 der Brennnkraftmaschine 1 dar.

Sind in dem Block 60 beispielsweise nach dem beschriebenen Verfahren Laufunruhewerte lut(n) und/oder lut(z, j) und/oder flut(z, j) ermittelt worden, werden diese Werte in dem nachfolgend beschriebenen Verfahren weiterverwendet. Wie bereits erwähnt, können aber auch anders ermittelte Laufunruhewerte bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren entsprechend zur Anwendung kommen.

In einem Block 61 wird geprüft, ob der Laufunruhewert des bereits in den Homogenbetrieb umgeschalteten Zylinders x wesentlich bzw. stark von den Laufunruhewerten der anderen Zylinder abweicht. Hierzu kann ein Schwellwert für die Differenz von Laufunruhewerten vorgegeben sein, dessen Überschreiten eine wesentliche Abweichung darstellt.

Weist der bereits in den Homogenbetrieb umgeschaltete Zylinder x keine wesentliche Abweichung bezüglich seiner Laufunruhewerte im Vergleich zu den anderen Zylindern auf, so werden auch die anderen Zylinder in einem Block 62 in den Homogenbetrieb umgeschaltet. In einem nachfolgenden Block 63 wird die Drosselklappe 12 auf einen stationären Wert für den Homogenbetrieb eingestellt und die Brennkraftmaschine 1 wird im stationären Homogenbetrieb weiterbetrieben. Des weiteren wird die Ruckerkennung in einem Block 64 beendet.

Weichen die Laufunruhewerte des bereits in den Homogenbetrieb umgeschalteten Zylinders x jedoch wesentlich von den Laufunruhewerten der anderen Zylinder ab, so wird in einem Block 65 aus der Differenz der Laufunruhewerte jeweils eine Momentendifferenz für jeden Zylinder ermittelt, die den Unterschied zwischen Schichtbetrieb und Homogenbetrieb für diesen Zylinder kennzeichnet.

Auf der Grundlage dieser zylinderspezifischen Momentendifferenz wird die Momentensteuerung in einem Block 66 adaptiv beeinflußt. Beispielsweise kann durch eine Veränderung der Spätverstellung des Zündwinkels ZW die Momentendifferenz zwischen Schichtbetrieb und Homogenbetrieb minimiert oder auf Null reduziert werden. Entsprechendes kann auch durch eine Beeinflussung der zugeführten Kraftstoffmasse rk erreicht werden.

Nach dem Block 66 kann die Brennkraftmaschine 1 wieder in den stationären Schichtbetrieb zurückgeführt werden. In diesem Fall wird also nicht in den Homogenbetrieb vollständig umgeschaltet, sondern es wird der bereits als einziger Zylinder in den Homogenbetrieb umgeschaltete Zylinder x wieder in den Schichtbetrieb zurückgeschaltet. Das Verfahren wird danach über den Pfeil 67 mit dem Block 51 fortgesetzt, wobei im Block 53 ein neuer Grenzwert rlgrenz für die Füllung des Brennraums 4 gewählt wird.

Alternativ kann die Brennkraftmaschine 1 auch nach dem Block 66 vollends in den Homogenbetrieb umgeschaltet werden. Es werden dann auch die übrigen Zylinder in den Homogenbetrieb umgeschaltet. Dies ist in der Fig. 5 mit dem Pfeil 68 angedeutet.

Sind nach dem Verfahren der Fig. 5 Änderungen des Ist- Moments Md der Brennkraftmaschine 1 während des Umschaltvorgangs erkannt worden, so werden in dem Block 66 wie erläutert Gegenmaßnahmen eingeleitet. Bei diesen Gegenmaßnahmen handelt es sich allgemein um Veränderungen der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1, mit denen das Ist-Moment Md der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt wird.

Bei einem Umschaltvorgang vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb nach den Fig. 2 und 3 wird bei festgestellten Drehmomentänderungen im Bereich C der Zündwinkel ZW bzw. der Zündzeitpunkt derart nach spät verstellt, so daß die überhöhte Füllung rl des Brennraums 4 sowie der in diesem Punkt erkannte Momentenunterschied kompensiert und damit die Drehmomentänderungen vermindert werden. Entsprechendes gilt für einen Umschaltvorgang vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb im Bereich B der Fig. 4. Bei derartigen Drehmomentänderungen handelt es sich um dynamische Drehmomentänderungen, die durch adaptive Änderungen der jeweils genannten Betriebsgrößen bleibend korrigiert werden können.

Bei einem Umschaltvorgang vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb nach der Fig. 4 wird bei festgestellten Drehmomentänderungen im Bereich C die in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoffmasse rk derart vermindert oder erhöht, daß die festgestellten Drehmomentänderungen geringer werden. Entsprechendes gilt für einen Umschaltvorgang vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb im Bereich B der Fig. 3. Bei derartigen Drehmomentänderungen handelt es sich um dynamische Drehmomentänderungen, die durch adaptive Änderungen der jeweils genannten Betriebsgrößen bleibend korrigiert werden können.

Die genannten Beeinflussungen von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zur Kompensation von Laufunruhen bzw. eines Ruckelns während eines Umschaltvorgangs können sofort vorgenommen werden, so daß gegebenenfalls noch eine Wirkung während des aktuellen Umschaltvorgangs auftritt. Es ist aber ebenfalls möglich, daß die Beeinflussungen derart ausgeführt werden, daß eine Wirkung erst bei dem nächsten Umschaltvorgang vorhanden ist.

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) eingespritzt wird, bei dem zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet wird, und bei dem die das Ist-Moment (Md) der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment (mdsoll) in den beiden Betriebsarten unterschiedlich gesteuert und/oder geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Ist- Moments (Md) während eines Umschaltvorgangs ermittelt wird (Fig. 5), und daß in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen beeinflußt wird (66).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Ist-Moments (Md) bei einer Umschaltung von der ersten in die zweite Betriebsart ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Ist-Moments (Md) insbesondere nacheinander bei verschiedenen Füllungen (rlgrenz) des Brennraums (4) ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Ist-Moments (Md) in Abhängigkeit von der erfaßten Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine ermittelt wird (60).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Laufunruhewerte für die einzelnen Zylinder ermittelt werden (60).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst nur einer der Zylinder (x) umgeschaltet wird (58), und daß danach mindestens einer der Laufunruhewerte des umgeschalteten Zylinders (x) mit mindestens einem der Laufunruhewerte von zumindest einem der anderen Zylinder (3) verglichen wird (61).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Zylinder (3) in Abhängigkeit von dem Vergleich (61) umgeschaltet (62, 68) oder nicht umgeschaltet werden (67).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellwert vorgegeben wird, bei dessen Überschreiten die anderen Zylinder (3) nicht umgeschaltet werden (67).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Vergleich (61) die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) beeinflußt werden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen adaptiv durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung einer der Betriebsgrößen erst für den nächsten Umschaltvorgang durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Betriebsart die eingespritzte Kraftstoffmasse (rk) insbesondere im Sinne einer Erhöhung beeinflußt wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart der Zündwinkel (ZW) bzw. der Zündzeitpunkt insbesondere im Sinne einer Spätverstellung beeinflußt wird.

14. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät (16) 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 13 geeignet ist.

15. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Einspritzventil (8), mit dem Kraftstoff entweder in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen Brennraum (4) einspritzbar ist, und mit einem Steuergerät (16) zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten und zur unterschiedlichen Steuerung und/oder Regelung in den beiden Betriebsarten der das Ist-Moment (Md) der Brennkraftmaschine (1) beeinflussenden Betriebsgrößen in Abhängigkeit von einem Soll-Moment (mdsoll), dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Ist-Moments (Md) während eines Umschaltvorgangs von dem Steuergerät (16) ermittelbar ist (Fig. 5a, Fig. 5b), und daß in Abhängigkeit davon zumindest eine der Betriebsgrößen von dem Steuergerät (16) beeinflußbar ist (54, 58)