WO2000052318A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit benzindirekteinspritzung - Google Patents

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    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an internal combustion engine with gasoline direct injection.
  • a method and a device for operating an internal combustion engine with gasoline direct injection is described in DE 43 32 171 AI (US Pat. No. 5,483,934).
  • the entire operating range of the internal combustion engine is divided into different ranges according to speed and load and, depending on the current operating range, the fuel is injected either during the intake stroke or during the compression stroke.
  • the time available until the ignition and due to the swirling of the injected fuel by the intake air flow result in a largely homogeneous fuel distribution (homogeneous operation), while in the case of injection in the compression stroke, stratified charge occurs (stratified operation) .
  • the internal combustion engine In homogeneous operation, the internal combustion engine is operated throttled, ie the air supply is limited by a throttle valve, in stratified charge operation it is almost operated throttled, ie the air supply through the throttle valve is almost unlimited. Switching between these operating modes depends on the operating parameters mentioned and / or on other predetermined criteria, for example with regard to the performance requirements by the driver.
  • a further optimization of the drive of a motor vehicle is achieved by an asymmetrical operation of an internal combustion engine with direct petrol injection, in particular if the internal combustion engine has at least two cylinder banks that can be controlled independently of one another.
  • Another advantage that such an asymmetrical operation of the internal combustion engine is achieved is an improvement in the noise emission or generally the comfort of the internal combustion engine.
  • the noise emission is optimized by alternating switching.
  • the asymmetrical operation of the internal combustion engine with gasoline direct injection provides more degrees of freedom in the design of the exhaust gas concepts.
  • the driver's power requirement is implemented in such a way that part of the internal combustion engine is operated in an exhaust-gas-optimized operating mode and in an exhaust-gas-optimal operating point, while the driver's actual performance request is carried out by controlling the operating point and, if appropriate, the operating mode of another part of the internal combustion engine.
  • the principle of asymmetrical operation of the internal combustion engine is also used between operating modes such as homogeneous stoichiometric, homogeneous lean or mixed operating modes such as an operating mode with double injection, in which both homogeneous and stratified fuel mixture is produced .
  • operating modes such as homogeneous stoichiometric, homogeneous lean or mixed operating modes such as an operating mode with double injection, in which both homogeneous and stratified fuel mixture is produced .
  • the advantages achieved by asymmetrical operation are achieved as shown above.
  • FIG. 1 shows an overview circuit diagram of a control device for controlling an internal combustion engine with gasoline direct injection.
  • FIG. 2 shows a flowchart based on an exemplary embodiment, which represents the principle of asymmetrical operation of such an internal combustion engine.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment, which outlines a preferred embodiment as a flow chart.
  • Figure 1 shows a block diagram of a control device for controlling an internal combustion engine with gasoline direct injection.
  • a control device 10 is provided which has as components an input circuit 14 at least one microcomputer 16 and an output circuit 18.
  • a communication system 20 connects these components for mutual data exchange.
  • the input circuit 14 of the control device 10 is supplied with input lines 22 to 26, which in a preferred exemplary embodiment are designed as a bus system and via which the control device 10
  • Feed signals which represent operating variables to be evaluated for controlling the internal combustion engine. These signals are detected by measuring devices 28 to 32. Such operating variables are accelerator pedal division, engine speed, engine load (e.g. air mass), exhaust gas composition, engine temperature, etc.
  • the control unit 10 controls the output of the internal combustion engine with gasoline direct injection. This is symbolized in FIG. 1 on the basis of the output lines 34, 36 and 38, which actuate at least the fuel mass to be injected, the ignition angle of the internal combustion engine and at least one electrically operated throttle valve for adjusting the air supply to the internal combustion engine.
  • the representation selected in FIG. 1 means that the injection valves of a certain number of cylinders of the internal combustion engine are actuated via the symbolic output line 34, i.e. the fuel mass to be injected is supplied to these cylinders, the ignition spark is triggered in these cylinders at the predetermined point in time via the output line 36, and an electrically actuable throttle valve is controlled, which influences the air supply to these cylinders.
  • a second control device 10b is provided, which is constructed analogously to the control device 10 and which adjusts the fuel mass, ignition angle and air supply of at least one further cylinder bank via the output lines 34b, 36b and 38b.
  • the two control devices 10 and 10b are connected to one another via a communication system 40 connecting them for mutual data exchange. Via this communication system, depending on the exemplary embodiment, at least one of the control units, or all of the operating variable signals detected by the other or operating variables derived therefrom, become further
  • input lines 22b to 26b are supplied not only to the control device 10 but also to the control device 10b, so that there is an alternative to the transmission via the communication system or additionally the operating variable signal.
  • the basic procedure for the control of the internal combustion engine running in the microcomputer 16 of the control device 10 is outlined using the flow chart according to FIG.
  • the accelerator pedal position ⁇ as well as operating variables such as engine speed NMOT, air mass MHFM and target torques from other control systems, for example from traction control and / or transmission control, are supplied to the microcomputer 16 as essential operating variables.
  • the accelerator pedal position tion signal ß determines a driver's desired torque MIFA of the internal combustion engine at least taking into account the engine speed, possibly a correction quantity of an idle speed control, etc. In the preferred exemplary embodiment, this is done by means of a map and subsequent calculation steps.
  • Setpoint torques of other control systems for example a setpoint torque of a traction control system MIASR, a transmission control MIGS, etc. are also supplied to the microcomputer 10. These setpoint torques and the driver's setpoint torque are fed to a selection stage 102, in which a resultant setpoint torque MISOLL for controlling the internal combustion engine is determined from the setpoint torques supplied. In the preferred embodiment, the selection is made by selecting the minimum or maximum. The resulting setpoint torque MISOLL determined in this way is fed to a further coordinator 104, in which the specifications for an asymmetrical operation of the internal combustion engine described below with reference to the flow chart according to FIG. 3 are determined.
  • the coordinator 104 converts the total setpoint torque MISOLL into individual setpoint torques MISOLL1 to MISOLLN for the individual cylinder banks or for individual cylinder groups and / or in desired operating modes BASOLLI to BASOLLN of the individual cylinder banks or cylinder groups.
  • the division of the target torque and the specification of desired operating modes by the coordinator 104 is carried out according to predetermined strategies.
  • all cylinder banks or all cylinder groups are operated in stratified charge mode for reasons of consumption.
  • the target torques are divided evenly between the individual banks. If an increased power requirement for the engine is recognized from the target torque MISOLL, which can not only be provided by stratified charge operation of all the cylinder banks, the target torque is increased for one of the cylinder banks or the cylinder groups. If necessary, the operating mode changes and / or the desired operating mode is set to homogeneous operation. In comparison to a complete switchover, this optimizes consumption since the other cylinder banks or cylinder groups are still operated in a lean stratified charge mode which is optimal in terms of consumption.
  • Another strategy which is implemented in the coordinator 104 in one exemplary embodiment, is comfort optimization, according to which the switching of individual cylinder banks or cylinder groups from one to the other operating mode is never specified simultaneously, but in chronological succession. This reduces the noise emissions associated with the switchover.
  • Partial load range both banks do not have to be switched over simultaneously in order to clear the catalytic converter, but can be switched over in succession or, in the case of only one catalytic converter for all banks or cylinder groups, only the alternating switchover of a cylinder bank or cylinder group is sufficient. This will result in a significant improvement in comfort, in particular a reduction in noise emissions.
  • a strategy that optimizes consumption and comfort it is also particularly advantageous to use a strategy that optimizes emissions (e.g. in the area of low power requirements).
  • the torque is divided and / or the desired operating mode is specified in such a way that the lowest possible exhaust gas pollution occurs. So e.g. tries to provide the total target torque by means of lean operation in stratified and / or homogeneous operation as long as this torque can be set with the respective operating mode. Only then is a cylinder bank or group specified by specifying a different one
  • the individual target torques MIS0LL1 to MISOLLN as well as the corresponding desired operating modes are fed to the respective control signal images 106 to 108 for the individual cylinder banks or cylinder groups, in which, taking into account operating variables such as engine speed, relative air filling (derived from the supplied air mass), etc. respective target torque can be converted into a fuel mass to be injected, an ignition angle and a throttle valve position, taking into account the desired operating mode. It may happen that the desired operating mode cannot be met, for example if there is an emergency running situation, if the target torque cannot be adjusted, for special operating functions such as start, warm-up, heating, etc.
  • FIG. 2 shows a system in which a separate throttle valve is actuated for each cylinder bank or group. is cash.
  • the operating mode can be freely selected for each bank and the torque requirements can be distributed among the banks in such a way that an optimal efficiency of the internal combustion engine or, depending on the strategy, optimal operation of the internal combustion engine results.
  • the internal combustion engine has only one throttle valve, this must be set in such a way that there is an air charge which, by corresponding calculation of the fuel mass, allows one cylinder bank to be operated homogeneously and another cylinder bank stratified.
  • an overall increased air filling compared to the homogeneous operation of the internal combustion engine is set, as a result of which throttle losses are reduced. It is possible to quickly change the operating mode of the cylinder banks by controlling the fuel mass.
  • An exemplary embodiment of the coordinator 104 is outlined in greater detail on the basis of the flowchart in FIG. 3 using the example of an internal combustion engine with two independently controllable cylinder banks or groups. The program will run at predetermined time intervals.
  • the total target torque MISOLL is recorded.
  • step 206 homogeneous operation is first output as the desired operating mode of the first bank or cylinder group BASOLLI and a setpoint torque value MISOLL1 is determined for this cylinder bank or group.
  • this setpoint torque value is formed on the basis of the total setpoint torque value which is read in in step 200. In particular, a percentage of this target torque value> 50% is specified. Then, in step 208, it is checked, if necessary, on the basis of a transmitted mark whether the switchover has ended.
  • step 210 the homogeneous mode is also output as the desired operating mode for the second cylinder bank or cylinder group and the target torque of this cylinder bank or group is determined on the basis of the total target torque and the target torque of the first cylinder bank or group. If the switchover of the first cylinder bank according to step 208 has not yet been completed, the desired operating mode of the second cylinder bank for stratified charge mode is recorded according to step 212 and the difference between the total target torque value and the target torque value of the first bank is determined as the target torque value in accordance with step 210.
  • the setpoint values formed are output in step 214 and are realized if there are no superordinate specifications, for example emergency operation, lack of realizability of the setpoint torque value in the desired operating mode, etc.
  • the program section is then ended and run through again at the next time interval.
  • step 216 the target operating mode of one bank is set to the homogeneous mode and that of the other bank to the stratified charge mode.
  • the target torque of the one bank that is to be operated homogeneously is generated analogously to step 206. det, while the target torque of the other bank, which is operated in the stratified charge mode, is determined on the basis of the total target torque and the target torque of the first bank. This is followed by step 214.
  • step 216 consumption-optimized control of the internal combustion engine is achieved with an increased power requirement since part of the internal combustion engine continues to be operated in the fuel-efficient stratified charge mode. Comfort is also improved since the banks or groups are switched one after the other, not simultaneously.
  • the strategies mentioned, which are followed by the subsequent switchover to catalytic converter removal and exhaust-gas-optimized control, are all used together or in any combination, depending on the version.
  • step 226 checks whether the conditions for clearing out a storage catalytic converter are present. If the conditions for clearing are fulfilled, homogeneous operation is output as the desired operating mode for a cylinder bank in accordance with step 228 and a corresponding target torque (e.g. minimum target torque for this operating mode) is determined. In the subsequent step 230, the stratified charge mode is output as the desired operating mode of the other bank and the target torque is determined on the basis of the total target torque and the target torque of the first bank. This is followed by step 214. This measure removes the storage catalytic converter without the entire internal combustion engine having to be switched over to homogeneous operation. In addition to fuel consumption, improvements in noise and thus comfort are also achieved.
  • target torque e.g. minimum target torque for this operating mode
  • the target operating mode becomes the according to step 218 first bank is set to stratified charge mode and a corresponding target torque determined from the target torque value is specified. In a preferred exemplary embodiment, this corresponds to 50% of the total target torque value read in step 200.
  • the subsequent step 220 it is checked whether the switchover from shift to homogeneous operation has ended, if appropriate. If this is the case, the second cylinder bank is also set to the desired stratified charge operating mode in accordance with step 222 and the corresponding target value is formed on the basis of the total target torque value and the target torque value of the first bank.
  • step 220 If the switchover according to step 220 has not ended, ie if the system is in unsteady mode, the second bank is controlled according to step 224 as before and the setpoint torque value is formed analogously to step 222. This measure prevents the two banks from switching over simultaneously and thus reducing comfort. This is followed by step 214.
  • the asymmetrical operation of the internal combustion engine i.e. when the internal combustion engine is operated with two different operating modes or with two different setpoint torque values, the respective operating state of the cylinder banks of the internal combustion engine can be changed alternately, i.e. to switch the banks in a predetermined time grid, for example when operating one cylinder bank in homogeneous and the other in shift operation, in such a way that the first bank is operated in shift operation and the second bank in homogeneous operation (toggle).
  • two cylinder banks are provided which have two electrically actuable throttle valves which can be controlled independently of one another.
  • the solution according to the invention is also to be used on internal combustion engines with a plurality of cylinder banks and a plurality of throttle valves which can be controlled independently of one another (corresponding to the number of cylinder banks), in particular also in engines with single throttle valves for each cylinder.
  • the cylinder banks are switched over simultaneously. This will improve the dynamic
  • a cylinder bank or group is switched over when the first cylinder is operated in the new operating mode.
  • the switchover is initiated at a bank or group within a period of time between the switching signal and the injection that has taken place in the first cylinder in the new operating mode at the bank or group at which previously the operating mode has been changed.
  • successively means the initiation of the switchover at a bank outside of this time period specified by the bank or group that was switched first.
  • a corresponding procedure is used in an internal combustion engine with only one controllable throttle valve, one cylinder group being operated homogeneously and the other being operated in stratified fashion.
  • the air filling is increased by the throttle valve, so that a larger proportion of the target torque value through homogeneous control of the one cylinder group with stoichiometric fresh or lean mixture composition takes place, while a smaller proportion of the target torque is carried out by stratified charge operation of the other cylinder group.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung vorgeschlagen, welche über wenigstens zwei Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen verfügt. Die Brennkraftmaschine wird auf der Basis von wenigstens einem Vorgabewert gesteuert, wobei in wenigstens einem Betriebszustand der Vorgabewert für eine Zylinderbank bzw. Zylindergruppe sich von dem Vorgabewert für wenigstens eine zweite Zylinderbank bzw. Zylindergruppe unterscheidet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung .
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung ist in der DE 43 32 171 AI (US-Patent 5 483 934) beschrieben. Bei dem dort dargestellten Steuersystem wird der gesamte Betriebsbereich der Brennkraftmaschine nach Drehzahl und Last in verschiedene Bereiche aufgeteilt und je nach aktuellem Be- triebsbereich der Kraftstoff entweder während des Ansaugtak- tes oder während des Kompressionstaktes eingespritzt. Bei einer Einspritzung während des Ansaugtaktes ergibt sich aufgrund der zur Verfügung stehenden Zeit bis zur Zündung sowie aufgrund der Verwirbelung des eingespritzten Kraftstoffes durch den Ansaugluftstrom eine weitestgehend homogene Kraft- Stoffverteilung (Homogenbetrieb) , während im Falle der Einspritzung im Kompressionstakt eine Schichtladung entsteht (Schichtbetrieb) . Im Homogenbetrieb wird die Brennkraftmaschine gedrosselt betrieben, d.h. die Luftzufuhr durch eine Drosselklappe begrenzt, im Schichtladungsbetrieb nahezu un- gedrosselt betrieben, d.h. die Luftzufuhr durch die Drosselklappe nahezu nicht begrenzt. Zwischen diesen Betriebsarten wird abhängig von den genannten Betriebsgrößen und/oder von anderen vorbestimmten Kriterien, z.B. hinsichtlich der Lei- stungsanforderungen durch den Fahrer, umgeschaltet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung weiter zu optimieren.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Vorteile der Erfindung
Beim eingangs genannten Stand der Technik wird zwischen den einzelnen Betriebsarten der Brennkraftmaschine immer für die gesamte Brennkraftmaschine umgeschaltet. Ferner tragen alle Zylinder gleichmäßig zum Drehmoment der Brennkraftmaschine bei . Damit werden Flexibilität und Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Steuerung verschenkt.
Durch einen asymmetrischen Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine wenigstens zwei voneinander unabhängig steuer- bare Zylinderbänke aufweist, wird eine weitere Optimierung des Antriebs eines Kraftfahrzeugs erreicht.
Von besonderem Vorteil ist, daß in Betriebszuständen, in denen durch den Verbrauchsarmen Schichtladungsbetrieb nicht mehr die vom Fahrer gewünschte Leistung bereitgestellt werden kann, lediglich ein Teil der Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Zylinderbank, im vergleichsweise verbrauchsintensiven Homogenbetrieb betrieben wird. Die andere Zylinderbank wird weiterhin mit der verbrauchsarmen Schichtla- dungsbetriebsart betrieben. Damit kann einerseits die erhöh- te Leistungsanforderung des Fahrers bereitgestellt werden, andererseits der Verbrauch minimiert werden. Dieser Vorteil wird auch schon dadurch erreicht, daß der Beitrag einzelner Zylinderbänke oder -gruppen zum Gesamtmoment unterschiedlich vorgegeben wird.
Ein weiterer Vorteil, der einen solchen asymmetrischen Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht wird, ist eine Verbesserung der Geräuschemission bzw. allgemein des Komforts der Brennkraftmaschine. Besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang, daß bei Ausräumen eines Speicherkatalysators im Leerlauf oder im Teillastbereich nicht alle Bänke gleichzeitig umgeschaltet werden. Durch abwechselndes Umschalten wird die Geräuschemission optimiert.
Von besonderer Bedeutung ist ferner, daß durch den asymmetrischen Betrieb der Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Abgaskonzepte zur Verfügung stehen. Beispielsweise wird die Lei- stungsanforderung des Fahrers derart umgesetzt, daß ein Teil der Brennkraftmaschine in einer abgasoptimalen Betriebsart und in einem abgasoptimalen Arbeitspunkt betrieben wird, während die eigentliche Leistungsanforderung des Fahrers durch Steuerung des Arbeitspunktes sowie gegebenenfalls der Betriebsart eines anderen Teils der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Von besonderem Vorteil ist die Anwendung des asymmetrischen Betriebs bei einer Brennkraftmaschine mit Benzindirektein- spritzung, die wenigstens zwei Zylinderbänke mit wenigstens zwei voneinander unabhängig steuerbaren Drosselklappen aufweist. In vorteilhafter Weise läßt sich dieser Gedanke jedoch auch bei Brennkraf maschinen mit nur einer Drosselklappe anwenden, wobei die Luftfüllung derart eingestellt wird, daß ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine homogen, der andere in einer Schichtbetriebsart betrieben wird. Letzteres führt zu einer insgesamt erhöhten Luftfüllung, so daß die Drosselverluste gegenüber einem Homogenbetrieb der gesamten Brennkraftmaschine reduziert sind.
Neben der Umschaltung zwischen den Betriebsarten mit Schichtladung und mit homogener Kraftstoffgemischbildung wird das Prinzip des asymmetrischen Betriebs der Brennkraftmaschine auch zwischen Betriebsarten wie homogen- stöchiometrisch, homogen-mager oder Mischbetriebsarten wie einer Betriebsart mit Doppeleinspritzung, bei der sowohl homogenes als auch geschichtetes Kraftstoffgemisch entsteht, angewendet . Auch hier werden die durch den asymmetrischen Betrieb erreichten Vorteile wie oben dargestellt erreicht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen .
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung. In Figur 2 ist anhand eines Ausführungsbeispieles ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches das Prinzip des asymmetrischen Betriebs einer solchen Brennkraftmaschine darstellt. In Figur 3 schließlich ist ein weiteres Ausführungs- beispiel gezeigt, welches eine bevorzugte Ausführungsform als Flußdiagramm skizziert.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung. Es ist ein Steuergerät 10 vorgesehen, welches als Komponenten eine Eingangsschaltung 14 wenigstens einen Mi- krocomputer 16 und eine Ausgangsschaltung 18 aufweist. Ein Kommunikationssystem 20 verbindet diese Komponenten zum gegenseitigen Datenaustausch. Der Eingangsschaltung 14 des Steuergeräts 10 werden Eingangsleitungen 22 bis 26 zugeführt, welche in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Bussystem ausgeführt sind und über die dem Steuergerät 10
Signale zuführen, welche zur Steuerung der Brennkraftmaschine auszuwertenden Betriebsgrößen repräsentieren. Diese Signale werden von Meßeinrichtungen 28 bis 32 erfaßt. Derartige Betriebsgrößen sind Fahrpedalsteilung, Motordrehzahl, Mo- torlast (z.B. Luftmasse), AbgasZusammensetzung, Motortemperatur, etc. Über die AusgangsSchaltung 18 steuert das Steuergerät 10 die Leistung der Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung. Dies ist in Figur 1 anhand der Ausgangsleitungen 34, 36 und 38 symbolisiert, welche wenigstens die einzuspritzende Kraftstoffmasse, den Zündwinkel der Brennkraftmaschine sowie wenigstens eine elektrisch betätigbare Drosselklappe zur Einstellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine betätigen. Die in Figur 1 gewählte Darstellung bedeutet dabei, daß über die symbolische Ausgangsleitung 34 die Einspritzventile einer bestimmten Anzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine betätigt werden, d.h. die einzuspritzende Kraftstoffmasse diesen Zylindern zugeführt wird, über die Ausgangsleitung 36 der Zündfunke in diesen Zylindern zum vorbestimmten Zeitpunkt ausgelöst wird und eine elektrisch betätigbare Drosselklappe gesteuert wird, die die Luftzuführung zu diesen Zylindern beeinflußt.
Bei Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei Zylinderbänken oder -gruppen, bei denen jeder Zylinderbank über eine elek- trisch steuerbare Drosselklappe die Luft zugeführt wird, sind im wesentlichen zwei Ausführungen vorgesehen, die in Figur 1 strichliert dargestellt sind. Zum einen wird die zweite Zylinderbank, dort zumindest die einzuspritzende Kraftstoffmasse, der Zündwinkel und die Luftzufuhr, analog zur ersten Zylinderbank über die Ausgangsschaltung 18 sowie Ausgangsleitungen 34a, 36a und 38a, die den Ausgangsleitun- gen 34, 36 und 38 entsprechen, durch das Steuergerät 10 gesteuert. Das heißt ein Steuergerät steuert wenigstens zwei Zylinderbänke. In einem anderen Ausführungsbeispiele ist an- stelle der Leitungen 34a bis 38a ein zweites Steuergerät 10b vorgesehen, welches analog zum Steuergerät 10 aufgebaut ist und welches über die Ausgangsleitungen 34b, 36b und 38b Kraftstoffmasse, Zündwinkel und Luftzufuhr wenigstens einer weiteren Zylinderbank einstellt. Die beiden Steuergeräte 10 und 10b stehen über ein sie verbindendes Kommunikationssystem 40 zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander in Verbindung. Über dieses Kommunikationssystem wird zumindest einer der Steuereinheiten je nach Ausführungsbeispiel einzelne oder alle von der anderen erfaßten Betriebsgrößensignalen oder aus diesen hergeleiteten Betriebsgrößen zur weiteren
Auswertung übermittelt. In einem anderen Ausführungsbeispiel werden Eingangsleitungen 22b bis 26b neben dem Steuergerät 10 auch dem Steuergerät 10b zugeführt, so daß dort alternativ zur Übertragung über das Kommunikationssystem oder zu- sätzlich die Betriebsgrößensignal direkt vorliegen.
Die grundsätzliche Vorgehensweise für die im Mikrocomputer 16 des Steuergeräts 10 ablaufende Steuerung der Brennkraftmaschine ist anhand des Ablaufdiagramms nach Figur 2 skiz- ziert. Als wesentliche Betriebsgrößen werden dem Mikrocomputer 16 die Fahrpedalstellung ß sowie Betriebsgrößen wie Motordrehzahl NMOT, Luftmasse MHFM und Sollmomente von anderen Steuersystemen, beispielsweise von einer Antriebschlupfrege- lung und/oder einer Getriebesteuerung, zugeführt. Im Fahrer- Wunschbilder 100 wird aus dem zugeführten Fahrpedalstel- lungsSignal ß zumindest unter Berücksichtigung der Motordrehzahl, gegebenenfalls einer Korrekturgröße einer Leerlaufdrehzahlregelung, etc., ein Fahrerwunschmoment MIFA der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels eines Kennfeldes und nachfolgender Berechnungsschritte. Ferner werden dem Mikrocomputer 10 Sollmomente anderer Steuersysteme, z.B. ein Sollmoment einer Antriebschlupfregelung MIASR, einer Getriebesteuerung MIGS, etc. zugeführt. Diese Sollmomente und das Fahrerwunschmoment werden einer Auswahlstufe 102 zugeführt, in der aus den zugeführten Sollmomenten ein resultierendes Sollmoment MISOLL zur Steuerung der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Auswahl durch Minimal- bzw. Maximalauswähl . Das auf diese Weise ermittelte resultierende Sollmoment MISOLL wird einem weiteren Koordinator 104 zugeführt, in welchem die nachfolgend anhand des Flußdiagramms nach Figur 3 beschriebene Vorgaben für einen asymmetrischen Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Der Koordinator 104 setzt das Gesamtsollmoment MISOLL in Einzelsollmomente MISOLL1 bis MISOLLN für die einzelnen Zylinderbänke bzw. für einzelne Zylindergruppen und/oder in Wunschbetriebsarten BASOLLI bis BASOLLN der einzelnen Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen um. Die Aufteilung des Sollmoments sowie die Vorgabe von Wunschbetriebsarten durch den Koordinator 104 erfolgt nach vorgegebenen Strategien.
Im Normalbetrieb bei kleineren und mittleren Lasten werden alle Zylinderbänke bzw. alle Zylindergruppen aus Verbrauchs- gründen im Schichtladungsbetrieb betrieben. Im Normalfall werden die Sollmomente gleichmäßig auf die einzelnen Bänke aufgeteilt. Wird aus dem Sollmoment MISOLL eine erhöhte Leistungsanforderung an den Motor erkannt, die nicht nur durch einen Schichtladungsbetrieb aller Zylinderbänke bereitgestellt werden kann, das Sollmoment für eine der Zylinderbän- ke bzw. der Zylindergruppen erhöht, woraufhin diese gegebe- nenfalls die Betriebsart wechselt und/oder deren Wunschbetriebsart auf Homogenbetrieb eingestellt. Dadurch wird im Vergleich zu einer vollständigen Umschaltung eine Verbrauchsoptimierung erreicht, da die anderen Zylinderbänken bzw. Zylindergruppen immer noch im verbrauchsoptimalen, mageren Schichtladungsbetrieb betrieben werden. Entsprechendes gilt für die anderen Betriebsarten, beispielsweise einen Magerbetrieb mit homogener Gemischbildung oder gemischten Betriebsarten mit Doppeleinspritzung, bei welchem sowohl homogene als auch geschichtete Kraftstoffgemischbildung erfolgt. Auch hier wird bei Vorliegen einer erhöhten Leistungsanforderung einzelne Zylinderbänke bzw. -gruppen soweit wie möglich im verbrauchsoptimaleren Betrieb betrieben und eine andere Bank bzw. Gruppe zur Bereitstellung des Moments in eine lei- stungsoptimierte Betriebsart umgeschaltet.
Eine andere Strategie, die im Koordinator 104 in einem Ausführungsbeispiel implementiert ist, ist eine Komfortoptimierung, nach der die Umschaltung einzelner Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen von der einen in die andere Betriebsart nie gleichzeitig, sondern zeitlich nacheinander vorgegeben wird. Dadurch wird die mit der Umschaltung verbundene Geräuschemission reduziert.
Insbesondere bei Speicherkatalysatoren muß zum Ausräumen des Katalysators von Zeit zu Zeit vom Schichtladungsbetrieb in den Betrieb mit homogener Gemischbildung umgeschaltet werden. Auch in diesem Zusammenhang läßt sich die dargestellte Vorgehensweise des asymmetrischen Betriebs der Brennkraftma- schine erfolgreich einsetzen, da zumindest im Leerlauf und
Teillastbereich beide Bänke nicht gleichzeitig umgeschaltet werden müssen, um den Katalysator auszuräumen, sondern nacheinander umgeschaltet werden können bzw. bei nur einem Katalysator für alle Bänke bzw. Zylindergruppen lediglich die abwechselnde Umschaltung einer Zylinderbank bzw. Zylinder- gruppe ausreicht. Dadurch wird eine erhebliche Komfortverbesserung, insbesondere eine Verringerung der Geräuschemission erreicht werden.
In besonders vorteilhafter Weise kann neben einer Verbrauchs- und einer komfortoptimalen Strategie auch eine abgasoptimale Strategie (z.B. im Bereich kleiner Leistungsanforderungen) eingesetzt werden. Dabei erfolgt die Aufteilung der Drehmomente und/oder die Vorgabe der Wunschbetriebsart derart, daß eine möglichst geringe Abgasbelastung auftritt. Es wird also z.B. versucht, das Gesamtsollmoment solange mittels Magerbetrieb im Schicht- und/oder Homogenbetrieb bereit zu stellen, so lange mit der jeweiligen Betriebsart dieses Moment einstellbar ist. Erst dann wird bei einer Zy- linderbank bzw. -gruppe durch Vorgabe einer abweichenden
Sollmoments und/oder einer Wunschbetriebsart ein weniger abgasoptimaler Arbeitspunkt eingestellt.
Die einzelnen Sollmomente MIS0LL1 bis MISOLLN sowie die ent- sprechenden Wunschbetriebsarten werden den jeweiligen Steuersignalbilder 106 bis 108 für die einzelnen Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen zugeführt, in welchem unter Berücksichtigung von Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, relative Luftfüllung (abgeleitet aus der zugeführten Luftmasse), etc. das jeweilige Sollmoment unter Berücksichtigung der gewünschten Betriebsart in eine einzuspritzende Kraftstoffmasse, einen Zündwinkel und eine Drosselklappenstellung umgesetzt werden. Dabei kann es vorkommen, daß der Wunschbetriebsart nicht entsprochen werden kann, beispielsweise wenn eine Notlaufsi- tuation vorliegt, bei nicht vorhandener Einstellbarkeit des Sollmoments, bei Sonderbetriebsfunktionen wie Start, Warmlauf, Katheizen, etc.
In Figur 2 ist ein System dargestellt, in welchem für jede Zylinderbank bzw. Gruppe eine eigene Drosselklappe ansteuer- bar ist. In diesem Fall kann die Betriebsart für jede Bank frei gewählt werden und die Momentenanforderungen so auf die Bänke verteilt werden, daß sich ein optimaler Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bzw. je nach Strategie ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt. Besitzt die Brennkraftmaschine nur eine Drosselklappe, so ist diese derart einzustellen, daß sich eine Luftfüllung ergibt, die es durch entsprechende Berechnung der Kraftstoffmasse erlaubt, eine Zylinderbank homogen und eine andere Zylinderbank geschich- tet zu betreiben. Hierdurch wird eine gegenüber dem homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine insgesamt erhöhte Luft- füllung eingestellt, wodurch Drosselverluste reduziert werden. Ein schneller Wechsel der Betriebsart der Zylinderbänke durch Steuerung der Kraftstoffmasse ist hierbei möglich.
Ein Ausführungsbeispiel des Koordinators 104 ist anhand des Flußdiagramms von Figur 3 am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit zwei unabhängig steuerbaren Zylinderbänken bzw. - gruppen näher skizziert. Das Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen.
Im ersten Programmschritt 200 wird das Gesamtsollmoment MISOLL erfaßt. Im darauffolgenden Schritt 202 wird auf der Basis dieses Sollmoments überprüft, ob eine erhöhte Lei- stungsanforderung vorliegt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies dann der Fall, wenn das Sollmoment einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser Schwellenwert ist derart bemessen, daß er in etwa einer Grenzlinie entspricht, oberhalb derer die Brennkraftmaschine mit homo- gener Gemischbildung aus Leistungsgründen betrieben werden würde. Wurde im Schritt 202 eine erhöhte Leistungsanforderung erkannt, wird im Schritt 204 überprüft, ob die Leistungsanforderung derart hoch ist, daß alle Zylinderbänke- bzw. gruppen umzuschalten sind. Dies ist dann der Fall, wenn ein Sollmomentenwert gefordert wird, der in der Nähe des Ma- ximalwertes liegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 206 zunächst als Wunschbetriebsart der ersten Bank bzw. Zylindergruppe BASOLLI der Homogenbetrieb ausgegeben und ein Sollmomentenwert MISOLL1 für diese Zylinderbank- bzw. gruppe ermittelt. Dieser Sollmomentenwert wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf der Basis des gesamten Sollmomenten- werts, der in Schritt 200 eingelesen wird, gebildet. Insbesondere wird ein Prozentsatz dieses Sollmomentenwerts > 50% vorgegeben. Danach wird im Schritt 208 auf der Basis einer übermittelten Marke gegebenenfalls überprüft, ob die Umschaltung beendet ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 210 auch für die zweite Zylinderbank bzw. Zylindergruppe als Wunschbetriebsart der Homogenbetrieb ausgegeben und das Solldrehmoment dieser Zylinderbank bzw. Gruppe auf der Basis des Gesamtsollmoments und des Sollmoments der ersten Zylinderbank bzw. -gruppe bestimmt. Ist die Umschaltung der ersten Zylinderbank gemäß Schritt 208 noch nicht beendet, wird gemäß Schritt 212 die Wunschbetriebsart der zweiten Zylinderbank auf Schichtladungsbetrieb festgehalten und als Soll- momentenwert entsprechend Schritt 210 die Differenz zwischen dem Gesamtsollmomentenwert und dem Sollmomentenwert der ersten Bank ermittelt. Nach den Schritten 210 und 212 wird im Schritt 214 die gebildeten Sollwerte ausgegeben und wenn keine übergeordneten Vorgaben, z.B. Notlaufbetrieb, fehlende Realisierbarkeit des Sollmomentenwertes in der Wunschbetriebsart, etc. vorliegen, realisiert. Danach wird der Programmteil beendet und zum nächsten Zeitintervall erneut durchlaufen.
Ist gemäß Schritt 204 eine Leistungsanforderung erkannt worden, die keine Umschaltung aller Bänke erfordert, wird gemäß Schritt 216 die Sollbetriebsart einer Bank auf den Homogenbetrieb, die der anderen Bank auf den Schichtladungsbetrieb festgesetzt. Ebenso wird das Sollmoment der einen Bank, die homogen betrieben werden soll, analog zu Schritt 206 gebil- det, während das Sollmoment der anderen Bank, die im Schichtladungsbetrieb betrieben wird, auf der Basis des Gesamtsollmoments und des Sollmoments der ersten Bank bestimmt wird. Danach folgt Schritt 214. Durch die im Schritt 216 be- schriebene asymmetrische Betriebsweise der Brennkraftmaschi- ne wird eine verbrauchsoptimale Steuerung der Brennkraftmaschine bei erhöhter Leistungsanforderung erreicht, da ein Teil der Brennkraf maschine weiter im verbrauchsgünstigen Schichtladungsbetrieb betrieben wird. Ebenso wird eine Kom- fortverbesserung erreicht, da die Bänke bzw. Gruppen nacheinander, nicht gleichzeitig umgeschaltet werden. Die genannten Strategien, zu denen noch die nachfolgende Umschaltung zum Katalysatorausräumen und eine abgasoptimale Steuerung kommt, werden je nach Ausführung alle zusammen oder in einer beliebigen Kombination, auch einzeln angewendet.
Liegt gemäß Schritt 202 keine erhöhte Leistungsanforderung vor, wird im Schritt 226 überprüft, ob die Bedingungen zum Ausräumen eines Speicherkatalysators vorliegen. Sind die Be- dingungen zum Ausräumen erfüllt, wird gemäß Schritt 228 für eine Zylinderbank als Wunschbetriebsart der Homogenbetrieb ausgegeben und ein entsprechendes Sollmoment (z.B. Mindest- sollmoment für diese Betriebsart) bestimmt. Im darauffolgenden Schritt 230 wird als Wunschbetriebsart der anderen Bank weiterhin der Schichtladungsbetrieb ausgegeben und das Sollmoment auf der Basis des Gesamtsollmoments und des Sollmoments der ersten Bank bestimmt. Danach folgt Schritt 214. Durch diese Maßnahme wird ein Ausräumen des Speicherkatalysators erreicht, ohne daß die gesamte Brennkraftmaschine in den Homogenbetrieb umzuschalten ist. Somit werden neben Verbrauchs- auch Geräusch- und somit KomfortVerbesserungen erreicht .
Liegen die Bedingungen für das Ausräumen des Katalysators nicht vor, wird gemäß Schritt 218 die Sollbetriebsart der ersten Bank auf Schichtladungsbetrieb gesetzt und ein entsprechendes aus dem Sollmomentenwert ermitteltes Sollmoment vorgegeben. Dieses entspricht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 50% des im Schritt 200 eingelesenen Ge- samtsollmomentenwerts . Im darauffolgenden Schritt 220 wird überprüft, ob gegebenenfalls die Umschaltung vom Schicht- in den Homogenbetrieb beendet ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 222 auch die zweite Zylinderbank auf die Wunschbetriebsart Schichtladung gesetzt und der entsprechende Sollwert auf der Basis des gesamten Sollmomentenwerts und des Sollmomentenwerts der ersten Bank gebildet. Ist die Umschaltung gemäß Schritt 220 nicht beendet, d.h. befindet sich das System im Instationärbetrieb, wird die zweite Bank gemäß Schritt 224 wie bisher gesteuert und der Sollmomenten- wert analog zu Schritt 222 gebildet. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß beide Bänke gleichzeitig umschalten und auf diese Weise Komforteinbußen vorliegen. Danach folgt Schritt 214.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, bei asymmetrischem Betrieb der Brennkraftmaschine, d.h. bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit zwei unterschiedlichen Betriebsarten bzw. mit zwei unterschiedlichen Sollmomentenwer- ten, den jeweiligen Betriebszustand der Zylinderbänke der Brennkraftmaschine wechselweise zu ändern, d.h. in einem vorbestimmten Zeitraster beispielsweise bei Betrieb der einen Zylinderbank im Homogen- und der anderen im Schichtbetrieb die Bänke derart umzuschalten, daß die erste Bank im Schicht- und die zweite Bank im Homogenbetrieb betrieben wird (toggeln) .
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Zylinderbänke vorgesehen, welche über zwei voneinander unabhängig steuerbaren elektrisch betätigbaren Drosselklappen verfügen. Neben einer solchen Lösung ist die erfindungsgemäße Lösung auch auf Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylinderbänken und mehreren (entsprechend der Anzahl der Zylinderbänke) unabhängig voneinander steuerbaren Drosselklappen, insbesondere auch bei Motoren mit Einzeldrosselklappen für jeden Zylinder an- zuwenden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel werden zumindest in bestimmten Betriebssituationen, z.B. bei hohen Momenten- und Leistungsanforderungen, die Zylinderbänke gleichzeitig umge- schaltet. Dadurch wird eine Verbesserung des dynamischen
Verhaltens erreicht. Bezogen auf das Programm in Figur 3 bedeutet dies, daß die Schritte 208 und 212 und ggf. die Schritte 220 und 224 zumindest im genannten Betriebszustand entfallen und die Schritte 206 und 210 bzw. die Schritte 218 und 222 zusammengefaßt.
Im allgemeinen ist eine Zylinderbank bzw. -gruppe dann umgeschaltet, wenn der erste Zylinder in der neuen Betriebsart betrieben wird. Unter gleichzeitig wird also vorstehend ver- standen, daß die Umschaltung an einer Bank bzw. Gruppe innerhalb einer Zeitspanne eingeleitet wird, die zwischen dem Umsehaltsignal und der erfolgten Einspritzung im ersten Zylinder in der neuen Betriebsart an der Bank bzw. Gruppe liegt, bei der zuvor die Betriebsart gewechselt wurde. Ent- sprechend bedeutet nacheinander das Einleiten der Umschaltung an einer Bank außerhalb dieser, von der zuerst umgeschalteten Bank bzw. Gruppe vorgegebenen Zeitspanne.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine entsprechen- de Vorgehensweise bei einer Brennkraftmaschine mit nur einer steuerbaren Drosselklappe angewendet, wobei eine Zylindergruppe homogen und die andere geschichtet betrieben wird. In diesem Fall wird die Luftfüllung durch die Drosselklappe erhöht, so daß ein größerer Anteil des Sollmomentenwerts durch homogene Steuerung der einen Zylindergruppe mit stöchiome- frischer oder magerer Gemischzusammensetzung erfolgt, während ein kleinerer Anteil des Sollmoments durch Schichtladungsbetrieb der anderen Zylindergruppe vorgenommen wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, welche wenigstens zwei Zylinderbanken bzw. Zylindergruppe aufweist, welche in Abhängigkeit wenig- stens eines Vorgabewertes gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine die eine Zylinderbank bzw. die eine Zylindergruppe abhängig von einem Vorgabewert gesteuert wird, der sich von dem entsprechenden Vorgabewert der wenigstens einen anderen Zylinderbank bzw. Gruppe unterscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgabewert ein Sollmomentenwert oder eine Wunschbetriebsart ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtsollmomentenwert vorgegeben wird, die eine Zylindergruppe bzw. Zylinderbank mit einem ersten Anteil dieses Gesamtsollmoments gesteuert wird, eine andere Zylinderbank bzw. -gruppe mit einem zweiten Anteil des Sollmoments gesteuert wird, wobei die beiden Anteile des Sollmoments das Gesamtsollmoment ergeben.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit wenig- stens zwei unterschiedlichen Betriebsarten betrieben wird, wobei in dem wenigstens einen vorgegebenen Betriebszustand die eine Zylinderbank bzw. Zylindergruppe in einer ersten, die wenigstens eine andere Zylinderbank bzw. Zylindergruppe in einer zweiten Betriebsart betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Betriebszustand der Betriebszustand erhöhter Leistungsanforderung und/oder der Betriebszustand ist, während dem ein Speicherkatalysator ausgeräumt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung der Betriebsarten der einzelnen Zylinderbänke- bzw. gruppen nacheinander erfolgt .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Betriebszustand eine Wunschbetriebsart vorgegeben wird, die dann durch Steuerung der einzelnen Zylinderbänke bzw. -gruppen realisiert wird, wenn diese Realisierung nicht anderen Vorgaben widerspricht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß für jede Zylinderbank bzw. Zylindergruppe eine elektrisch betätigbare Drosselklappe vorgesehen ist, durch deren Steuerung die Betriebsartenumschaltung vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine elektrisch steuerbare Drosselklappe für alle Zylinderbänke bzw. Zylindergruppen vorgesehen ist, wobei diese im asymmetrischen Betrieb mit unterschiedlichen Betriebsarten im Sinne einer gegenüber dem gedrosselten Betrieb erhöhten Luftfüllung gesteuert wird, so daß ein Teil der Zylinder in der ersten Betriebsart ein anderer Teil in der zweiten, entdrosselten Betriebsart betrieben werden kann .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Betriebsarten der einzelnen Zylinderbänke- bzw. gruppen gleichzeitig erfolgt, zumindest in einem Betriebszustand mit hoher Lei- stungs- oder Momentenanforderung.
11. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, mit wenigstens einem Steuergerät, welches auf der Basis wenigstens eines Vorgabewerts die Brennkraftmaschine steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät Mittel enthält, welche in wenigstens einem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine erste Zylinderbank bzw. Zylindergruppe der Brennkraftmaschine mit einem ersten Vorgabewert, wenigstens eine weitere Zylinderbank bzw. -gruppe der Brennkraftmaschine mit einem zweiten Vorgabewert steuert, wobei sich die beiden Vorgabewerte unterscheiden.
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