DE102016200870A1

DE102016200870A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102016200870A1
Application number: DE102016200870.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Hummel; Benjamin Schill; Jan-Christian Arnold; Anja Blau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, wobei die Brennkraftmaschine hinsichtlich einer bei einem Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsarten auftretenden Situation (S), in der sich ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung minimal von der Brennkraftmaschine abgebbares Drehmoment ändert, überwacht wird, und wobei, wenn eine Situation (S) erkannt wird, in der sich das minimal abgebbare Drehmoment durch den Betriebsartenwechsel um mehr als einen vorgebbaren Schwellwert ändert, ein Aufteilungsfaktor, der eine Aufteilung einer einzubringenden Kraftstoffmenge auf die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung angibt, von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert (A') hin verändert wird, bei dem ein sich aufgrund der Änderung des minimal abgebbaren Drehmoments ergebender Sprung im abgegebenen Drehmoment (M) der Brennkraftmaschine (100, 200) im Vergleich mit dem ersten Wert kleiner ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Bei Ottomotoren sind im Allgemeinen zwei Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung bekannt, nämlich eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung. Die Saugrohreinspritzung wird jedoch zunehmend von der Direkteinspritzung abgelöst, da diese insbesondere bei Betriebsbereichen mit hoher Lastanforderung zu einer höheren Leistungsausbeute bei geringerem Kraftstoffverbrauch und zu einer gezielteren Einspritzstrategie führen kann.
Weiterhin gibt es auch Ottomotoren mit einer Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, einem sog. Dualsystem. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerte vorteilhaft, da die Saugrohreinspritzung bspw. bei mittleren Lastbereichen und in Betriebsbereichen mit geringerer Lastdynamik bessere Emissionswerte zur Folge hat als eine Direkteinspritzung. Die erwähnte Leistungsausbeute ist bei höheren Drehzahlen bzw. Lasten dagegen bei einer Direkteinspritzung vorteilhafter. Ebenso wird durch die Direkteinspritzung eine Verminderung der Klopfneigung erreicht, was dann gezielt zum Schutz der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, wenn die Neigung des Klopfens in einem spezifischen Betriebspunkt erkannt wurde bzw. wahrscheinlich ist. Die Kopplung beider Einspritzungsarten kombiniert die jeweiligen Vorteile der einzelnen Einspritzsysteme somit in unterschiedlichen Betriebsbereichen und ermöglicht eine neuartige Optimierung des Motorverhaltens.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, also einer Brennkraftmaschine mit einem sog. Dualsystem. Hierbei wird die Brennkraftmaschine hinsichtlich einer bei einem Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsarten, d.h. einem Betriebsartenwechsel, auftretenden Situation, in der sich ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung minimal von der Brennkraftmaschine abgebbares Drehmoment ändert, überwacht. Bei einem solchen minimal von der Brennkraftmaschine an der Kurbelwelle abgebbaren Drehmoment wird auch von einem sog. Fußpunktmoment gesprochen. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Drehmoment, das bei einem bestimmten Betriebspunkt, der in der Regel über die Drehzahl und/oder die Lastanforderung vorgegeben wird, bei minimal möglicher Öffnung einer Drosselklappe in der Luftzufuhr an der Kurbelwelle abgebbar ist. Wenn sich das minimal abgebbare Drehmoment durch den Betriebsartenwechsel ändert, kann sich dadurch auch das tatsächlich abgegebene Drehmoment ändern, insbesondere dann, wenn das vom Fahrer angeforderte Moment vor und/oder nach dem Betriebsartenwechsel kleiner als das jeweilige Fußpunktmoment (für den gegebenen (ersten) Aufteilungsfaktor) ist.
Wenn sich nun das minimal abgebbare Drehmoment durch den Betriebsartenwechsel um mehr als einen vorgebbaren Schwellwert ändert, wird der Aufteilungsfaktor, der eine Aufteilung einer einzubringenden Kraftstoffmenge auf die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung angibt, von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert hin verändert, bei dem ein sich aufgrund der Änderung des minimal abgebbaren Drehmoments ergebender Sprung im tatsächlich abgegebenen Drehmoment der Brennkraftmaschine im Vergleich mit dem ersten Wert kleiner ist. Mit anderen Worten wird also ein Aufteilungsfaktor gesucht, der zu einer möglichst geringen Veränderung des abgegebenen Drehmoments beim Betriebsartenwechsel führt.
Eine Veränderung des abgegebenen Drehmoments der Brennkraftmaschine bei einem Wechsel von einer Ausgangs-Betriebsart in eine Ziel-Betriebsart tritt insbesondere dann auf, wenn das vom Fahrer geforderte Drehmoment kleiner als das Fußpunktmoment in der Ziel-Betriebsart ist. Daher ist es besonders zweckmäßig, den Aufteilungsfaktor zu ändern, wenn dies der Fall ist; insbesondere nur dann.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer hohen Anzahl an Zylindern oder bei großen Brennkraftmaschinen mit Turboladern kann es beim Betrieb mit einer höheren Wahrscheinlichkeit vor allem bei geringen Drehzahlen und Lastanforderungen zu Situationen kommen, in denen das Verbrennungsmoment der Brennkraftmaschine höher ist als das eigentlich von einem Fahrer geforderte Drehmoment, da sich motorenspezifisch durch die hohe Anzahl der Zylinder und das gesamte Mindestverbrennungsvolumen, das sich aus dem Hubraum der Zylinder zusammensetzt, ein relativ hohes minimales Antriebsmoment ergibt. Um ein Abwürgen der Brennkraftmaschine zu verhindern, können bspw. verschiedene Maßnahmen wie Zündwinkelverstellung (mit einhergehender Verschlechterung des Zündwinkelwirkungsgrades), Schließen der Drosselklappe auf einen kleineren Öffnungswinkel oder Ausblendung einzelner Zylinder für eine Reduzierung des erzeugten Drehmomentes durchgeführt werden.
Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs kann bei Brennkraftmaschinen mit hoher Anzahl an Zylindern auch ein sogenannter Halbmotorbetrieb eingesetzt werden, d.h. es wird nur noch die Hälfte der Zylinder zur Drehmomenterzeugung verwendet. Die andere Hälfte der Zylinder wird nicht befeuert, hier erfolgt auch keine Kraftstoffeinspritzung. Hierzu kann in bestimmten Betriebs- und Lastpunkten durch vollständige Entdrosselung das Verlustmoment des Fahrzeugs reduziert werden, womit ein geringerer Kraftstoffverbrauch der gesamten Brennkraftmaschineerreicht werden kann.
Nach einem Wechsel von Vollmotor- zu Halbmotorbetrieb werden diejenigen Zylinder, die während des Halbmotorbetriebs weiterhin befeuert werden, mit annähernd doppelt so hoher Luftfüllung, als für das zu erzeugende Moment bei Vollmotorbetrieb benötigt wird, befüllt. Dadurch kann mit nur der Hälfte der Anzahl an Zylindern das geforderte Drehmoment ohne Verlust von Antriebsleistung bereitgestellt werden, wobei Reibungs- und Drosselverluste geringer sind.
Nachteilig wirkt sich bei einem solchen Wechsel jedoch aus, dass direkt hintereinander zwei stark unterschiedliche Lastpunkte vorliegen, nämlich aufgrund der starken Erhöhung der Luftfüllung, wodurch auch zwei sich stark voneinander unterscheidende Fußpunktmomente vorliegen. Dies kann dazu führen, dass durch den Wechsel Sprünge im tatsächlich abgegebenen Drehmoment verursacht werden, insbesondere wenn das vom Fahrer geforderte Drehmoment vor und/oder nach dem Betriebsartenwechsel unter dem Fußpunktmoment liegt. Diese Sprünge sind für einen Fahrer deutlich spürbar oder aber führen zu einem Leistungseinbruch.
Das vorgeschlagene Verfahren macht sich nun das Dualsystem zunutze, bei dem durch Veränderung des Aufteilungsfaktors bei gleichbleibender, insgesamt einzubringender Kraftstoffmenge das Drehmoment, das minimal abgebbar ist, variierbar ist. Der Grund hierfür liegt in der unterschiedlichen Art der Verteilung des Kraftstoffs in den Zylindern der Brennkraftmaschine bei den beiden unterschiedlichen Einspritzungsarten und damit einer unterschiedlichen Drehmomentausbeute. Sofern also nicht bereits der hinsichtlich eines minimalen Drehmomentsprungs optimale Aufteilungsfaktor eingestellt ist, kann ein anderer Wert des Aufteilungsfaktors gefunden werden, bei dem der Drehmomentsprung geringer ist. Im Vergleich zu einer Zündwinkelverstellung, mit der ebenfalls ein geringeres Drehmoment erreicht werden kann, die aber eine schlechte Effizienz aufweist, da vorhandene Energie teilweise nur in zusätzliche Wärme gewandelt wird, ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein deutlich effizienterer Betrieb möglich.
Vorzugsweise wird der zweite Wert des Aufteilungsfaktors unter Berücksichtigung eines Kennfeldes, das ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung von der Brennkraftmaschine abgebbares Drehmoment bei reiner Saugrohreinspritzung angibt, und/oder eines Kennfeldes das ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung von der Brennkraftmaschine abgebbares Drehmoment bei reiner Direkteinspritzung angibt, ermittelt. Die bei reiner Saugrohreinspritzung bzw. bei reiner Direkteinspritzung abgebbaren Drehmomente können bspw. im Rahmen von Prüfstandsmessungen oder im Rahmen einer Simulation ermittelt und in Form von Kennfeldern bspw. in einer ausführenden Recheneinheit hinterlegt werden. Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens kann nun, um einen geeigneten zweiten Wert des Aufteilungsfaktors zu finden, sehr einfach auf die Kennfelder zurückgegriffen werden, was einen schnellen, effektiven und genauen Wechsel des Aufteilungsfaktors ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird der zweite Wert des Aufteilungsfaktors unter Berücksichtigung eines aktuell von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments und/oder eines inneren Drehmoments der Brennkraftmaschine (d.h. mit und ohne Verluste) ermittelt. Das aktuell von der Brennkraftmaschine abgegebene bzw. das innere Drehmoment können dabei bspw. gemäß einer Betriebsstrategie vorgegeben sein. Im Rahmen einer solchen Betriebsstrategie kann bspw. ein hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und/oder Schadstoffemission im aktuellen Betriebspunkt günstiger Wert des Aufteilungsfaktors vorgegeben werden. Das aktuell von der Brennkraftmaschine abgegebene bzw. das innere Drehmoment können dabei bspw. auf geeignete Weise aus aktuellen Betriebsparametern berechnet werden. Durch einen Vergleich mit den zugehörigen Drehmomenten der reinen Saugrohr- bzw. Direkteinspritzung kann somit sehr schnell ein geeigneter Wert des Aufteilungsfaktors gefunden werden, bei dem die Sprünge im Drehmoment wenigstens teilweise kompensiert werden.
Zweckmäßigerweise umfasst der zweite Wert eine reine Saugrohreinspritzung oder eine reine Direkteinspritzung. Da in der Regel bei reiner Saugrohreinspritzung bzw. reiner Direkteinspritzung im Vergleich zu einem Mischbetrieb ein Minimum bzw. Maximum des abgebbaren Drehmoments erreicht wird, können auf diese Weise Sprünge im Drehmoment bestmöglich vermieden werden. Zudem ist die Einstellung einer reinen Saugrohreinspritzung bzw. einer reinen Direkteinspritzung im Gegensatz zu einem Mischbetrieb besonders einfach.
Vorzugsweise erfolgt die Überwachung der Situation unter Berücksichtigung mehrerer Kennlinien, die, insbesondere unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung, für die verschiedenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine das jeweils minimal von der Brennkraftmaschine abgebbare Drehmoment umfassen. Diese Kennlinien werden dabei auch als sog. Fußpunktmoment-Kennlinien bezeichnet. Diese können bspw. im Rahmen von Prüfstandsmessungen ermittelt werden, indem für verschiedene Betriebspunkte das jeweils minimal abgebbare Drehmoment ermittelt wird. Diese Kennlinien können dann bspw. in einer ausführenden Recheneinheit hinterlegt werden, sodass im Rahmen der Ermittlung des einzustellenden Werts des Aufteilungsfaktors schnell darauf zugegriffen werden kann.
Vorteilhafterweise umfasst der Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsarten wenigstens eine Maßnahme ausgewählt aus Zuschaltung wenigstens eines Zylinders, Abschaltung wenigstens eines Zylinders, Zuschaltung einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Komponente, Abschaltung einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Komponente, Zuschaltung einer Sekundärluftpumpe, Abschaltung einer Sekundärluftpumpe. Wie bereits erwähnt, treten bei Zu- bzw. Abschaltung eines oder mehrere Zylinder aufgrund der veränderten Luftfüllung Sprünge im Drehmoment auf. Durch das vorgeschlagene Verfahren können solche Sprünge nun wenigstens teilweise kompensiert werden, so dass der Komfort für einen Fahrer erhöht wird. Sprünge im Drehmoment können jedoch auch bei Zu- bzw. Abschaltung einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Komponente, bspw. einem Generator oder einem Klimakompressor, oder auch einer Sekundärluftpumpe, insbesondere beim Aufheizen eines Katalysators, auftreten. Insofern ist auch in diesen Fällen das vorgeschlagene Verfahren zur Erhöhung des Komforts besonders geeignet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zuschaltung des wenigstens einen Zylinders bzw. die Abschaltung des wenigstens einen Zylinders einen Wechsel zwischen einem Vollmotorbetrieb und einem Halbmotorbetrieb umfassen. Wie bereits erwähnt, wird ein Halbmotorbetrieb insbesondere bei großen Brennkraftmaschinen verwendet, da hier besonders effizient Kraftstoff eingespart werden kann. Da gerade bei solchen großen Motoren und bei der Zu- bzw. Abschaltung der Hälfte der Zylinder die Sprünge im Drehmoment besonders groß sind, ist hier das vorgeschlagene Verfahren zur Erhöhung des Komforts besonders geeignet.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a und 1b zeigen schematisch zwei Brennkraftmaschinen, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden können.
2 zeigt schematisch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann.
3 zeigt Kennlinien eines minimal abgebbaren Drehmoments einer Brennkraftmaschine für verschiedene Betriebsarten.
4 und 5 zeigen Kennfelder mit Werten für Drehmomente bei reiner Saugrohr- bzw. Direkteinspritzung, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können.
6 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1a ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Zylinder 102 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Zylinder 102 angeschlossen ist.
Das Saugrohr 106 weist dabei für jeden Zylinder 102 einen Kraftstoffinjektor 107 auf, der in dem jeweiligen Abschnitt des Saugrohrs kurz vor dem Zylinder angeordnet ist. Die Kraftstoffinjektoren 107 dienen somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Zylinder 102 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung auf.
In 1b ist schematisch und vereinfacht eine weitere Brennkraftmaschine 200 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Zylinder 102 und ein Saugrohr 206 auf, welches an jeden der Zylinder 102 angeschlossen ist.
Das Saugrohr 206 weist dabei für alle Zylinder 102 einen gemeinsamen Kraftstoffinjektor 207 auf, der im Saugrohr bspw. kurz nach einer hier nicht gezeigten Drosselklappe angeordnet ist. Der erste Kraftstoffinjektor 207 dient somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Zylinder 102 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung auf.
Beide gezeigten Brennkraftmaschinen 100 und 200 verfügen somit über ein sog. Dualsystem, d.h. über Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung. Der Unterschied besteht lediglich in der Art der Saugrohreinspritzung. Während bspw. die in 1a gezeigte Saugrohreinspritzung eine Kraftstoffzumessung individuell für jeden Zylinder erlaubt, wie dies bspw. für höherwertige Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, ist die in 1b gezeigte Saugrohreinspritzung einfacher in ihrem Aufbau und ihrer Ansteuerung. Bei den beiden gezeigten Brennkraftmaschinen handelt es sich vorliegend um Ottomotoren.
Weiterhin ist bei beiden Brennkraftmaschinen 100 und 200 jeweils eine elektrische Maschine 150 gezeigt, die an eine jeweilige Kurbelwelle 130 der Brennkraftmaschine gekoppelt ist und bspw. als Generator und/oder als Motor verwendet werden kann.
In 2 ist ein Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 schematisch und vereinfacht, jedoch detaillierter als in 1a dargestellt. Der Zylinder 102 hat einen Brennraum 103, der durch Bewegung eines Kolbens 104 vergrößert oder verkleinert wird. Die Stellung des Kolbens kann dabei bspw. in Bezug auf den sog. oberen Totpunkt (OT) angegeben werden, bei welchem der Kolben seinen (in Bezug auf die Figur) höchsten Punkt erreicht hat.
Der Zylinder 102 weist ein Einlassventil 105 auf, um Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum 103 einzulassen. Die Luft wird über das Saugrohr 106 als Teil einer Luftzuführung zugeführt, an dem sich der Kraftstoffinjektor 107 befindet. Angesaugte Luft wird über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen. Eine Drosselklappe 112 in dem Luftzuführungssystem dient zum Einstellen des erforderlichen Luftmassenstroms in den Zylinder 102.
Die Brennkraftmaschine kann im Zuge einer Saugrohreinspritzung betrieben werden. Mit Hilfe des Kraftstoffinjektors 107 wird im Zuge dieser Saugrohreinspritzung Kraftstoff in das Saugrohr 106 eingespritzt, so dass sich dort ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, das über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen wird.
Die Brennkraftmaschine kann auch im Zuge einer Direkteinspritzung betrieben werden. Zu diesem Zweck ist der Kraftstoffinjektor 111 an dem Zylinder 102 angebracht, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 103 einzuspritzen. Bei dieser Direkteinspritzung wird das zur Verbrennung benötigte Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt im Brennraum 103 des Zylinders 102 gebildet.
Der Zylinder 102 ist weiterhin mit einer Zündeinrichtung 110 versehen, um zum Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 103 einen Zündfunken zu erzeugen. Der Zündwinkel, d.h. der Winkel der Kurbelwelle 130, bei welchem die Zündung des Gemisches im Brennraum erfolgt, kann dabei bspw. mit dem gezeigten Winkel ∆φ angegeben werden. Der Wert ∆φ = 0° entspricht dabei dem oberen Totpunkt, der Zündwinkel kann dann bspw. nach dem oberen Totpunkt liegen. Zu beachten ist dabei, dass bei einer Viertaktbrennkraftmaschine zwei obere Totpunkte existieren, wobei nur in der Nähe eines jeden zweiten solchen oberen Totpunkts (ZOT) ein Zündvorgang erfolgt.
Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 102 über ein Abgasrohr 108 ausgestoßen. Das Ausstoßen erfolgt abhängig von der Öffnung eines Auslassventils 109, das ebenfalls an dem Zylinder 102 angeordnet ist. Ein- und Auslassventile 105, 109 werden geöffnet und geschlossen, um einen Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine 100 in bekannter Weise auszuführen. Im Abgasrohr 108 ist dabei ein Fahrzeugkatalysator 120 vorgesehen, der zur Reduzierung von Emissionswerten im Abgas dient.
Die Brennkraftmaschine 100 kann mit Direkteinspritzung, mit Saugrohreinspritzung oder in einem Mischbetrieb betrieben werden. Dies ermöglicht die Wahl der jeweils optimalen Betriebsart zum Betreiben der Brennkraftmaschine 100 abhängig von dem momentanen Betriebspunkt. So kann die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise in einem Saugrohreinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie bei niedriger Drehzahl und niedriger Last betrieben wird, und sie kann in einem Direkteinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird. Über einen großen Betriebsbereich hinweg ist es jedoch sinnvoll, die Brennkraftmaschine 100 in einem Mischbetrieb zu betreiben, bei dem die dem Brennraum 103 zuzuführende Kraftstoffmenge anteilig durch Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung zugeführt wird.
Weiterhin ist eine Sekundärluftpumpe 140 gezeigt, über welche Luft an den Zylindern vorbei und durch ein Ventil 141 in das Abgasrohr 108 gebracht werden kann. Durch diese zusätzliche Luftzufuhr kann bspw. bei Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine der Fahrzeugkatalysator 120 schneller aufgeheizt, d.h. auf Betriebstemperatur gebracht werden.
Weiterhin ist eine als Steuergerät 115 ausgebildete Recheneinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Das Steuergerät 115 kann die Brennkraftmaschine 100 in der Direkteinspritzung, der Saugrohreinspritzung oder dem Mischbetrieb betreiben.
Die in Bezug auf 2 näher erläuterte Funktionsweise der Brennkraftmaschine 100 lässt sich auch auf die Brennkraftmaschine 200 gemäß 1b übertragen, nur mit dem Unterschied, dass für alle Brennräume bzw. Zylinder nur ein gemeinsamer Kraftstoffinjektor vorgesehen ist. Bei einer Saugrohreinspritzung bzw. bei einem Mischbetrieb wird daher der einzige Kraftstoffinjektor im Saugrohr angesteuert.
In 3 sind schematisch Kennlinien eines minimal abgebbaren Drehmoments einer Brennkraftmaschine für verschiedene Betriebsarten dargestellt. Hierzu ist ein Drehmoment M über einer Lastanforderung L aufgetragen. Beispielhaft sind zudem drei Lastbereiche L₁, L₂ und L₃ angegeben.
Die Kennlinie K_V gibt dabei das minimal bei geringst möglichem Öffnungswinkel der Drosselklappe abgebbare Drehmoment für einen sog. Vollmotorbetrieb, d.h. bei Befeuerung aller Zylinder der Brennkraftmaschine, an. Das bei der jeweiligen Lastanforderung minimale Drehmoment kann dabei bspw. durch geeignete Einstellung des Zündwinkels erfolgen.
Die Kennlinie K_H gibt das minimal bei geringst möglichem Öffnungswinkel der Drosselklappe abgebbare Drehmoment für einen sog. Halbmotorbetrieb, d.h. bei Befeuerung nur der Hälfte der Zylinder der Brennkraftmaschine, an. Hierzu sei angemerkt, dass zur Erläuterung des vorliegenden Verfahrens die genauen Zahlenwerte der Drehmomente bzw. Lastanforderungen nicht relevant sind, sondern dass lediglich relevant ist, dass die beiden Kennlinien sich unterscheiden.
Weiterhin sei angemerkt, dass diese Kennlinien jeweils für einen gemäß einer vorgebbaren Betriebsstrategie, die im Regelfall eingehalten werden soll, gewählten Wert des Aufteilungsfaktors gelten. Diese Kennlinien können nun bspw. im Rahmen von Prüfstandsmessungen ermittelt und in dem Steuergerät hinterlegt werden. Weiterhin sei angemerkt, dass die Kennlinien zusätzlich oder alternativ zur Lastanforderung auch von der Drehzahl abhängen können. Ggf. sind hierzu dann mehrere Kennlinien oder auch Kennfelder nötig.
In 4 sind schematisch verschiedene Werte für ein Drehmoment im Falle einer reinen Saugrohreinspritzung, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden können, gezeigt.
Die Werte M'_ij sind in dem Kennfeld K_S verschiedenen Betriebsbereichen zugeordnet. Die Betriebsbereiche sind hier beispielhaft mit verschiedenen Drehzahlbereichen n₁, n₂, n₃ und mit verschiedenen Lastbereichen L₁, L₂, L₃ dargestellt. So ist bspw. dem Betriebsbereich n₁, L₁ der Wert M'₁₁ zugeordnet. Diese Werte M'_ij können bspw. anhand von Erfahrungswerten, Simulationen oder Prüfstandsmessungen ermittelt werden.
In 5 sind schematisch verschiedene Werte für ein Drehmoment im Falle einer reinen Direkteinspritzung, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden können, gezeigt.
Die Werte M''_ij sind in dem Kennfeld K_D verschiedenen Betriebsbereichen zugeordnet. Die Betriebsbereiche sind hier beispielhaft mit verschiedenen Drehzahlbereichen n₁, n₂, n₃ und mit verschiedenen Lastbereichen L₁, L₂, L₃ dargestellt. So ist bspw. dem Betriebsbereich n₁, L₁ der Wert M''₁₁ zugeordnet. Diese Werte M''_ij können bspw. anhand von Erfahrungswerten, Simulationen oder Prüfstandsmessungen ermittelt werden.
In 6 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierbei kann zunächst im Rahmen eines regulären Betriebs der Brennkraftmaschine in einer Ausgangs-Betriebsart ein erster Wert A eines Aufteilungsfaktors eingestellt sein, wie er bspw. im Rahmen einer vorgegebenen Betriebsstrategie in einem bestimmten Lastbereich, bspw. L₁, und ggf. auch einem bestimmten Drehzahlbereich, bspw. n₁, hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission zweckmäßig ist.
Während des Betriebs wird zudem bspw. kontinuierlich eine Überprüfung hinsichtlich einer Situation S vorgenommen, in der sich ein unter Berücksichtigung der Drehzahl und der Lastanforderung minimal von der Brennkraftmaschine abgebbares Drehmoment ändert, wie dies bspw. bei einem Wechsel zwischen einem Vollmotorbetrieb und einem Halbmotorbetrieb der Fall ist. Hierbei kann das tatsächliche Eintreten der Situation (weil ein solcher Betriebsartenwechsel stattgefunden hat) und/oder bevorzugterweise bereits das bevorstehende Eintreten der Situation (z.B. weil im Motorsteuergerät ein solcher Betriebsartenwechsel angefordert bzw. begonnen wird) überwacht werden.
Eine solche Änderung des minimal von der Brennkraftmaschine abgebbaren Drehmoments kann bspw. anhand der beiden Kennlinien K_V und K_H gemäß 3 erkannt bzw. ermittelt werden. Wie der 3 auch zu entnehmen ist, ändert sich das minimal abgebbare Drehmoment bei einem Wechsel zwischen K_V und K_H sprunghaft. Dabei ist es zweckmäßig, nur eine Änderung, die größer als ein vorgebbarer Schwellwert ist, zu berücksichtigen, um unnötige bzw. nicht spürbare Änderungen zu vermeiden.
Wenn nun eine solche (eingetretene oder bevorstehende) Situation S erkannt wird, in der sich das minimal abgebbare Drehmoment bzw. Fußpunktmoment durch den Betriebsartenwechsel um mehr als einen vorgebbaren Schwellwert ändert, wird vorzugsweise das aktuell vom Fahrer geforderte Drehmoment mit dem minimal abgebbaren Drehmoment in der Ziel-Betriebsart verglichen. Wenn nun beispielhaft das geforderte Drehmoment kleiner als das minimal abgebbare Drehmoment in der Ziel-Betriebsart ist, z.B. im Schub (d.h. wenn bspw. der Fahrer das Gas wegnimmt, leicht bergab fährt oder ein geringer Fahrwiderstand vorliegt), so wird zunächst ein aktuelles inneres Drehmoment M₁₁ der Brennkraftmaschine für den aktuellen Lastbereich L₁, n₁ und den aktuellen ersten Wert A des Aufteilungsfaktors ermittelt. Dies ist bspw. unter Berücksichtigung aktueller Betriebsparameter wie abgegebene Kraftstoffmenge, zugeführte Luftmenge und Zündwinkel möglich. Dabei ist es auch denkbar, dass entsprechende Drehmomente für bestimmte Betriebsbereiche bei den zu verwendenden Werten des Aufteilungsfaktors bspw. im Rahmen von Prüfstandsmessungen vorab ermittelt und in Form eines Kennfeldes hinterlegt werden.
Das Drehmoment M₁₁ wird anschließend mit den beiden entsprechenden Werten M'₁₁ und M''₁₁ für ein Drehmoment bei reiner Saugrohreinspritzung bzw. reiner Direkteinspritzung verglichen. Sofern nun einer der beiden Werte M'₁₁ und M''₁₁ kleiner als das Drehmoment M₁₁ ist, so kann der Aufteilungsfaktor zu einem zweiten Wert hin verändert werden, der den Aufteilungsfaktor in Richtung derjenigen Einspritzungsart verschiebt, deren Wert für das Drehmoment geringer ist. Zweckmäßig kann es dabei sein, direkt die entsprechende reine Einspritzungsart einzustellen. Die Verstellung des Aufteilungsfaktors findet zweckmäßigerweise gleichzeitig mit oder kurz nach dem Betriebsartenwechsel statt, um sicherzustellen, dass der Betriebsartenwechsel auch tatsächlich stattfindet.
Durch die Reduzierung des abgegebenen Drehmoments in der Ziel-Betriebsart vermindert sich somit die Höhe des Sprungs des Drehmoments bei dem Wechsel hin zu einem größeren minimal abgebbaren Drehmoment.
Es versteht sich, dass eine solche Vorgehensweise auch im umgekehrten Fall des Wechsels vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb und auch bei den anderen erwähnten Fällen, bspw. der Zu- oder Abschaltung der Sekundärluftpumpe bzw. des Generators, möglich ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100, 200) mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, wobei die Brennkraftmaschine (100, 200) hinsichtlich einer bei einem Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsarten auftretenden Situation (S), in der sich ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung (L) minimal von der Brennkraftmaschine (100, 200) abgebbares Drehmoment ändert, überwacht wird, und wobei, wenn eine Situation (S) erkannt wird, in der sich das minimal abgebbare Drehmoment durch den Betriebsartenwechsel um mehr als einen vorgebbaren Schwellwert ändert, ein Aufteilungsfaktor, der eine Aufteilung einer einzubringenden Kraftstoffmenge auf die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung angibt, von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert (A') hin verändert wird, bei dem ein sich aufgrund der Änderung des minimal abgebbaren Drehmoments ergebender Sprung im abgegebenen Drehmoment (M) der Brennkraftmaschine (100, 200) im Vergleich mit dem ersten Wert kleiner ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Wert (A') des Aufteilungsfaktors unter Berücksichtigung eines Kennfeldes (K_S), das ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl (n_i) und/oder einer Lastanforderung (L_i) von der Brennkraftmaschine (100, 200) abgebbares Drehmoment (M'_ij) bei reiner Saugrohreinspritzung angibt, und/oder eines Kennfeldes (K_D) das ein unter Berücksichtigung einer Drehzahl (n_i) und/oder einer Lastanforderung (L_i) von der Brennkraftmaschine (100, 200) abgebbares Drehmoment (M''_ij) bei reiner Direkteinspritzung angibt, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Wert (A') des Aufteilungsfaktors unter Berücksichtigung eines aktuell von der Brennkraftmaschine (100, 200) abgegebenen Drehmoments und/oder eines inneren Drehmoments (M₁₁) der Brennkraftmaschine (100, 200) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Wert (A') eine reine Saugrohreinspritzung oder eine reine Direkteinspritzung umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überwachung der Situation (S) unter Berücksichtigung mehrerer Kennlinien (K_H, K_V) erfolgt, die, insbesondere unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Lastanforderung (L, L_i), für die verschiedenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine (100, 200) das jeweils minimal von der Brennkraftmaschine (100, 200) abgebbare Drehmoment (M) umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsarten wenigstens eine Maßnahme umfasst ausgewählt aus einer Zuschaltung wenigstens eines Zylinders (102), einer Abschaltung wenigstens eines Zylinders (102), einer Zuschaltung einer von der Brennkraftmaschine (100, 200) angetriebenen Komponente (150), einer Abschaltung einer von der Brennkraftmaschine (100, 200) angetriebenen Komponente (150), einer Zuschaltung einer Sekundärluftpumpe (140), und/ einer Abschaltung einer Sekundärluftpumpe (140).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsarten einen Wechsel zwischen einem Vollmotorbetrieb und einem Halbmotorbetrieb umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einem Wechsel von einer Ausgangs-Betriebsart in eine Ziel-Betriebsart der Aufteilungsfaktor von dem ersten Wert zu dem zweiten Wert (A') hin verändert wird, wenn das minimal abgebbare Drehmoment in der Ziel-Betriebsart größer als ein gefordertes Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Aufteilungsfaktor nur dann verändert wird, wenn das minimal abgebbare Drehmoment in der Ziel-Betriebsart größer als ein gefordertes Drehmoment ist.
Recheneinheit (115), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (115) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (115) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.