Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schubabschaltung und Normalbetrieb einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren um eine Vorrichtung zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schubab ^¬ schaltung und Normalbetrieb einer mit Kraftstoff- Direktein- spritzung betriebenen Brennkraftmaschine.

Aus Gründen der immer vordringlicher werdenden Einsparung an Kraftstoff und zur Verringerung der Schadstoffemissionen ist es bei der Steuerung moderner Brennkraftmaschinen üblich, die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern im Schubbetrieb zu reduzieren oder ganz abzuschalten.

Im Allgemeinen wird von Schubbetrieb oder Schiebebetrieb dann gesprochen, wenn bei geschlossener Drosselklappe die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen bestimmten, vorgegebenen Wert, z.B. die Leerlaufdrehzahl übersteigt. Auf Schubbetrieb kann aber auch dann erkannt werden, wenn die Brennkraftmaschine eine höhere Drehzahl aufweist, als dies der Stellung der Drosselklappe bei einer Otto-Brennkraftmaschine bzw. der eingespritzten Kraft- stoffmenge bei einer Diesel-Brennkraftmaschine entspricht. Anstelle der Auswertung der Drosselklappenstellung bzw. der Kraftstoffmenge kann auch das Signal eines Pedalwertgebers eines Fahrpedals herangezogen werden. Da während des Schubbetriebs keine Arbeitsleistung der

Brennkraftmaschine erwünscht ist, kann in diesem Betriebszustand die Zufuhr von Kraftstoff unterbunden werden, was in der Regel als Schubabschalten oder Schubabschneiden bezeichnet wird. Beim Übergang von Schubbetrieb auf Schubabschaltung tritt im Allgemeinen aufgrund der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr ein Drehmomentsprung auf, der unter Umständen im Fahrzeug als Ruck bemerkbar ist und die Laufruhe der Brennkraftmaschine, sowie den Fahrkomfort der Insassen des mit der Brennkraftmaschine an ^¬ getriebenen Fahrzeuges beeinträchtigen kann. Das gleiche Problem entsteht, wenn nach dem Betrieb nach Schubabschaltung der normale Fahrbetrieb des Fahrzeugs wieder aufgenommen werden soll und die Brennkraftmaschine wieder ein gewünschtes Drehmoment erzeugen und an die Räder des Fahrzeugs abgeben soll.

Unter dem Begriff „Normalbetrieb" ist in diesem Zusammenhang der befeuerte Betrieb einer Brennkraftmaschine außerhalb der Schubabschaltung zu verstehen, also der Betrieb mit freigegebener Kraftstoffzufuhr .

Zur Reduzierung des unerwünschten Drehmomentensprungs, der durch das Abschalten bzw. das Zuschalten der Kraftstoffeinspritzung im Schubbetrieb entsteht, wurden schon verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen .

Beispielsweise ist aus der EP 0 614 003 Bl ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und aufeinanderfolgenden Einspritzungen in die Zylinder in vorgegebener Folge im Bereich des Schubbetriebes beschrieben. Dabei werden Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine erfasst und auf Beginn und Ende des Schubbetriebes erkannt, wenn diese Betriebskenngrößen bestimmte Bedingungen erfüllen. Die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern wird bei

Schubbeginn nach einer wählbaren Funktion verringert und bei Schubende nach einer wählbaren Funktion wieder freigegeben, wobei nach Erkennen des Schubbetriebes die Einspritzungen für einzelne Zylinder nach einer vorgegebenen Reihenfolge unter- drückt werden und nach Erkennen des Schubendes die Einspritzungen für einzelne Zylinder nach einer weiteren vorgegebenen Reihenfolge wieder einsetzen. Die Reihenfolgen sind durch eine zeitliche Abfolge einzelner, in einem Speicher einer elektronischen Steuerungseinrichtung abgelegter Ausblendmuster bestimmt. Durch ein solches selektives Unterdrücken von Ein- spritzimpulsen der einzelnen Zylinder ist es möglich, den Drehmomentsprung bei den Übergängen erheblich zu reduzieren. In der DE 2738886 C3 ist ein Verfahren zur elektrischen Steuerung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine mit Fremd ^¬ zündung im und nach dem Schubbetrieb beschrieben, wobei die Kraftstoffzufuhr während dieses Schubbetriebs abstellbar ist und eine Zündverstellung vorgenommen wird. Zu Beginn, bzw. ab einem vorgegebenen Zeitpunkt nach Beginn des Schubbetriebes wird der Zündzeitpunkt in wählbarer Funktion in Richtung spät verstellt und nach Beginn des Schubbetriebes die Kraftstoffzufuhr noch für eine bestimmbare Zeitdauer aufrechterhalten und der Zünd- Zeitpunkt auf ein Auslösesignal hin von spät nach wählbarer

Funktion zum Erreichen eines weichen Überganges wieder auf den normalen Zündzeitpunkt zurückgeführt. Das Auslösesignal wird durch das Ende des Schubbetriebs und/oder das Ende der Absperrung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine durch ein Signal von einem Geber für den Drosselklappenöffnungswinkel und/oder durch eine wählbare Drehzahl bestimmt. Anschließend wird die Spät ^¬ verstellung des Zündzeitpunktes verringert und gegen Ende des Schubbetriebes die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraft- stoffmenge vorübergehend erhöht.

Aus der DE 103 34 401 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Übergangs zwischen einem Normalbetrieb und einem Betrieb mit Schubabschaltung bei einem mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Ottomotor bekannt, wobei zur Vermeidung eines unzulässigen Drehmomentensprungs, der bei der Schubabschaltung durch Abschalten der Kraftstoffeinspritzung entsteht, der Zündwinkel in Richtung spät verstellt wird. Zur weiteren Reduzierung des Drehmomentensprungs wird Kraftstoff in Form einer Mehrfacheinspritzung in einen Zylinder des Ottomotors eingespritzt, wobei wenigstens eine Teilmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs während der Kompressionsphase abgesetzt wird.

Bisher werden beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffzufuhr nach dem Beenden der Schubabschaltung die Einspritzparameter wie im normalen, befeuerten Betrieb eingestellt. Insbesondere wird der Einspritzbeginnzeitpunkt abhängig von der Drehzahl, Last und der Temperatur der Brennkraftmaschine bestimmt. Auch die Ent- Scheidung, ob Mehrfacheinspritzung aktiviert wird oder nicht, hängt in erster Linie von diesen Parametern der Brennkraftmaschine ab. Neben dem Problem, dass bei den erwähnten Betriebsübergängen ein gewisses Ruckeln auftritt, besteht ferner die Gefahr, dass während des Schubabschaltbetriebes die Temperatur im Brennraum merklich absinkt, wodurch es beim Wiedereinsetzen der Verbrennung nach Beendigung des Schubabschaltbetriebes zu erhöhten Emissionen kommt.

Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff direkt in die Brennräume eingespritzt wird (Kraft ^¬ stoff-Direkteinspritzung) , müssen Vorkehrungen getroffen werden, dass es beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffzufuhr nach dem Schubabschaltbetrieb nicht zu einem erhöhten Partikelausstoß kommt. Im Zuge der zukünftigen Euro -6-Abgasnorm müssen

Kraftfahrzeuge, die über einen Ottomotor mit Kraft ^¬ stoff-Direkteinspritzung verfügen, den vorgeschriebenen

Grenzwert für die Partikelanzahl (PN) von 6, 0* 10 ¹¹ /km (mit einer dreijährigen Übergangsfrist von 6,0* 10 ¹² /km) einhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. bei der beim Wieder- einsetzen der Kraftstoffzufuhr nach einem Schubabschaltbetrieb einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Brenn ^¬ kraftmaschine eine größere Reduzierung des Partikelaustoßes erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungs ^¬ formen wieder.

Das Verfahren beziehungsweise die Vorrichtung zur Steuerung des Übergangs zwischen einem Betrieb mit Schubabschaltung und Normalbetrieb bei einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass während einer Übergangsphase nach Beendigung der Schubab- Schaltung mit Wiederaufnahme der Kraftstoffeinspritzung und Normalbetrieb der Brennkraftmaschine der Einspritzbeginnzeit ^¬ punkt um einen Adaptionswert in Bezug auf einen, im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine (10) ermittelten Einspritzbeginnzeit- punkt, später liegenden Einspritzbeginnzeitpunkt verschoben wird .

Während der Schubabschaltung kühlt aufgrund der nicht statt ^¬ findenden Verbrennung und der durchgespülten Luftmasse der Brennraum, insbesondere die Zylinderwände und der Kolben stark ab. Bei herkömmlichen Systemen, die beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffzufuhr nach Schubabschalten mit einem Einspritzzeitpunkt starten, welcher auch im normalen Betrieb, d.h. im befeuerten Betrieb verwendet wird, kann der während der Ein- spritzung die auf den Kolben gesammelte Kraftstoffmasse nicht mehr rechtzeitig vor der Verbrennung verdampfen, was zu einem erhöhten Partikelausstoß führt.

Durch Verschieben des Einspritzbeginnzeitpunktes während der Übergangsphase in Richtung spät trifft während der Einspritzung weniger Kraftstoffmasse auf den Kolben, wodurch der Partikelausstoß während dieser Übergangsphase deutlich gesenkt wird.

Da die Kühlwirkung sehr stark von der Dauer der Schubabschaltung abhängt, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Adaptionswert in Abhängigkeit dieser Dauer gewählt.

Die Dauer der Schubabschaltung kann in einfacher Weise mittels eines Zeitzählers ermittelt werden, wobei der Zeitzähler zu Beginn der Schubabschaltung gestartet wird und während der

Zeitdauer der Schubabschaltung der Zählerstand des Zeitzählers in vorgegebenen Schritten (Abtastschritte) um einen ersten Wert inkrementiert wird. Bei Beendigung der Schubabschaltung wird der Zählerstand des Zeitzählers in vorgegebenen Schritten um einen zweiten Wert dekrementiert und bei Erreichen des Zählerstandes gleich Null wird die Verschiebung des Einspritzbeginnzeitpunktes beendet. Dann wird der für den Normalbetrieb der Brennkraft ^¬ maschine ermittelte Einspritzbeginnzeitpunkt verwendet. Um die Kühlung zu berücksichtigen, werden in vorteilhafter Weise der erste und der zweite Wert abhängig von der Höhe des

Luftmassenstromes im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und /oder abhängig von einer Drehzahl und der Last der Brenn- kraftmaschine gewählt.

Durch Aufteilen der zuzumessenden Kraftstoffmasse in mehrere Einspritzvorgänge lässt sich in einfacher Weise die Ein ^¬ dringtiefe des KraftstoffStrahles verringern, was zu einer geringeren Benetzung des Kolbens führt und damit ebenfalls zur Senkung der Partikelemission beiträgt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des nachfolgenden Ausfüh- rungsbeispiels , das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Steuerungs- Vorrichtung und

Figur 2 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schubabschaltung und Normalbetrieb dieser Brennkraftmaschine

In Figur 1 ist in schematischer Darstellung eine Otto- Brennkraftmaschine 10 gezeigt, die eine KraftstoffVersor ^¬ gungseinrichtung 11 zum Einspritzen von Kraftstoff KST direkt in Brennräume von Zylindern Z1-Z4 aufweist. Der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Ansaugtrakt 12 die zur Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches in den Zylindern Z1-Z4 benötigte Frischluft zugeführt. Die Verbrennungsabgase strömen durch mindestens einen, in einem Abgastrakt 13 angeordneten Abgas ^¬ katalysator und einen Schalldämpfer in die Umgebung.

Zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schub ^¬ abschaltung und Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10 ist eine elektronische Steuerungsvorrichtung 14 vorgesehen. Die Steuerungsvorrichtung 14 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 15, die mit einem Programmspeicher 16, einem Wertespeicher (Datenspeicher) 17 und einem Zeitzähler 23 gekoppelt ist. Unter anderem ist in dem Programmspeicher 16 softwaremäßig eine kennfeidbasierte Funktion FKT_SCH zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schubab ^¬ schaltung und Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10 imple ^¬ mentiert, die anhand der Beschreibung der Figur 2 noch näher erläutert wird.

In dem Wertespeicher 17 sind u.a. Parameter - bzw . Schwellenwerte SOI_Norm, ASOI, AZS1,2, ZS_MAX gespeichert, deren Bedeutungen ebenfalls später anhand der Beschreibung der Figur 2 noch näher erläutert werden.

Die Steuerungsvorrichtung 14 ist mit verschiedenen Sensoren verbunden, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 10 und Betriebsparameter des mit der Brennkraftmaschine 10 ange ^¬ triebenen Kraftfahrzeuges erfassen. Die Sensoren sind u.a. ein Fahrpedalstellungsgeber 18, welcher einen Fahrpedalwert FPW, also die Stellung eines Fahrpedals 19 erfasst, ein im Ansaugtrakt 12 angeordneter, als Lastsensor dienender Luftmassenmesser 20, der ein der Last der Brennkraftmaschine 10 entsprechendes Signal MAF erfasst, ein Drosselklappensensor 25 der einen Drossel- klappenöffnungswinkel DKW einer im Ansaugtrakt 12 angeordneten Drosselklappe 24 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 21, welcher einen Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine 10 erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird und ein Temperatursensor 22, der ein der Temperatur der Brennkraft- maschine 10 repräsentatives Signal TEMP erfasst, in der Regel die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine 10.

Diese Sensoren sind üblicherweise ohnehin vorhanden, da deren Signale auch für das Steuerprogramm des Motormanagementsystems benötigt werden.

Anstelle des Luftmassenmessers 20 als Lastsensor kann alternativ oder zusätzlich auch ein Saugrohrdrucksensor eingesetzt werden. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerprogramm FKT_SCH zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schubabschaltung und Normalbetrieb nicht in einer separaten Steuerungsvorrichtung 14 abläuft, sondern als Un- terprogramm im Managementsystem der Motorsteuerung enthalten ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise auf zusätzliche Hardware verzichtet werden.

Das Verfahren zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Betrieb mit Schubabschaltung und dem Normalbetrieb wird anhand eines Ablaufdiagrammes gemäß der Figur 2 erläutert.

Das Verfahren wird in einem Schritt Sl immer dann gestartet, wenn im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 10 die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern Z1-Z4 abgeschaltet wird, also der Betrieb Schubabschaltung vorliegt.

Zu Beginn dieser Schubabschaltungsphase wird in einem Schritt S2 der Zeitzähler 23 gestartet und während des fortlaufenden Betriebes der Schubabschaltungsphase pro Abtastung um einen ersten Wert AZSl inkrementiert . Der Wert des Inkrements AZSl ist abhängig von dem Luftmassenstrom MAF durch die Zylinder Z1-Z4 und in einem Kennfeld des Wertespeichers 17 abgelegt. Dadurch kann die durch den Luftmassenstrom MAF bewirkte Abkühlung der Brennkraftmaschine, insbesondere die der Brennräume und der

Kolben berücksichtigt werden. Dieser Luftmassenstrom MAF kann in vorteilhafter Weise direkt von dem Luftmassenmesser 20 erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Drehzahl und die Last berücksichtigt werden.

Der Betriebsbereich der Schubabschaltung bleibt solange bestehen, bis in einem anschließenden Schritt S3 auf Beendigung des Schubabschaltbetriebes, also auf Wiedereinsetzen der Kraft ^¬ stoffeinspritzung in die Zylinder Z1-Z4 erkannt wird.

Sind die Bedingungen für den Schubabschaltbetrieb weiterhin erfüllt, so wird in einem Schritt S4 abgefragt, ob der Zählerstand ZS des Zählers 23 einen vorgegebenen Maximalwert ZS_MAX erreicht hat. Der Maximalwert ZS_MAX ist in dem Wertespeicher 17 abgelegt und bestimmt die maximale Zeitdauer, in der die Verschiebung des Einspritzbeginnzeitpunktes in Richtung „spät" berücksichtigt wird .

Die Schleife, bestehend aus den Schritten S2, S3 und S4 wird so oft durchlaufen, bis entweder der Maximalwert ZS_MAX erreicht ist oder der Betriebsbereich der Schubabschaltung verlassen wird, beispielsweise weil der Fahrer des mit der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Kraftfahrzeuges das Fahrpedal 19 betätigt.

Im Falle der Fahrpedalbetätigung, also beim Verlassen des Schubabschaltbetriebes wird in einem nachfolgenden Schritt S5 die Kraftstoffeinspritzung freigegeben und in einem Schritt S6 der Zeitzähler 23 wieder gestartet und während des fortlaufenden, befeuerten Betriebes der Brennkraftmaschine 10 pro Abtastung um einen zweiten Wert AZS2 dekrementiert . Der Wert des Dekrements AZS2 ist abhängig vom Luftmassenstrom MAF oder von der Drehzahl N und der Last und ist ebenfalls in einem Kennfeld des Wer- tespeichers 17 abgelegt.

Mit dem Wiedereinsetzen der Kraftstoffeinspritzung wird der Einspritzbeginnzeitpunkt SOI um einen Wert ASOI in Richtung zu einem, gegenüber aus Drehzahl, Last und Temperatur der

Brennkraftmaschine ermittelten, zeitlich später liegenden

Einspritzbeginnzeitpunkt SOI + ASOI verschoben. Der Wert ASOI kann dabei abhängig vom Zählerstand ZS festgelegt sein, wobei der Wert ASOI umso größer ist, je höher der Zählerstand ZS ist. Alternativ kann der Einspritzbeginnzeitpunkt SOI auch um einen konstanten Wert ASOI unabhängig vom Zählerstand ZS in Richtung zu einem zeitlich später liegenden Einspritzbeginnzeitpunkt SOI verschoben werden. Auch dieser Wert ist in dem Wertespeicher 17 abgelegt .

Nach erfolgtem Verschieben des Einspritzbeginnzeitpunktes SOI wird in einem Schritt S7 abgefragt, ob der Zählerstand ZS schon den Wert Null erreicht hat. Ist das noch nicht der Fall, so wird wieder zum Schritt S6 verzweigt und eine weitere Verschiebung des Einspritzbeginnzeitpunktes SOI wird vorgenommen.

Hat der Zählerstand ZS den Wert Null erreicht, findet keine Verschiebung mehr statt und es stellt sich ein Wert SOI_Norm ein, der sich aus dem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (Drehzahl, Last, Temperatur) ergibt (Schritt 8). Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt S9 beendet. Darüber hinaus kann auch beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S6 zusätzlich die zuzumessende Masse an Kraftstoff in Form von Mehrfacheinspritzungen in den Brennraum eingebracht werden, um das Eindringen des Kraftstoffstrahls zu reduzieren. Die Mehrfacheinspritzungen werden solange aktiviert, bis der Zählerstand ZS den Wert Null erreicht. Der Aufteilungsfaktor für die Mehrfacheinspritzungen kann dabei bevorzugt abhängig vom Zählerstand ZS definiert sein. Je kleiner der Zählerstand ZS, desto mehr wird die insgesamt zuzumessende Kraftstoffmasse auf die erste Einspritzung der Mehrfachein- spritzungen aufgeteilt.

Begriffs- /Bezugs zeichenliste

10 Otto-Brennkraftmaschine

11 Kraftstoff ersorgungseinrichtung

12 Ansaugtrakt

13 Abgastrakt

14 elektronische Steuerungs orrichtung

15 Steuereinheit, Recheneinheit, Prozessor

16 Programmspeicher

17 Datenspeicher, Wertespeicher

18 FahrpedalStellungsgeber

19 Fahrpedal

20 Luftmassenmesser, Lastsensor

21 Kurbelwellenwinkelsensor

22 Temperatursensor

23 Zeitzähler

24 Drosselklappe

25 Drosselklappensensor

DKW Drosseiklappenöffnungswinkel

FKT SCH Steuerungsfunktion Schubabschaltbetrieb

FPW Fahrpedalwert

KST Kraftstoff

MAF Luftmassenstrom, Lastsignal

N Drehzahl der Brennkraftmaschine

SOI Einspritzbeginnzeitpunkt, Start of injection

ASOI Adaptionswert für Einspritzbeginnzeitpunkt

SOI Norm Einspritzbeginnzeitpunkt für Normalbetrieb

TEMP Brennkraftmaschinentemperatur

Z1-Z4 Zylinder der Brennkraftmaschine

ZS Zählerstand

AZSl Inkrement Zählerstand

AZS2 Dekrement Zählerstand

ZS MAX Maximalwert Zählerstand

S1-S9 Verfahrensschritte