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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine
mit mindestens einem Brennraum, wobei während des Startvorgangs aus
einem Hochdrucksystem Einspritzungen in den Brennraum abgesetzt
werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines
solchen Verfahrens und ein Computerprogramm mit Programmcode zur
Durchführung
eines solchen Verfahrens.
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Während des
Startens von Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung wird
allgemein eine Start- und eine Nachstart-Anreicherung vorgenommen,
wobei eine im Vergleich zum normalen Betrieb vergrößerte Kraftstoffmasse
eingespritzt wird. Der Grund ist, dass sich während des Startvorgangs im Brennraum
ein Wandfilm auf einem Kolbenboden und einer Zylinderwand ausbilden
kann, so dass für die
Verbrennung eine geringere Kraftstoffmasse zu Verfügung steht.
Die Wandfilmbildung hängt
unmittelbar mit einer schlechten Gemischbildung zusammen, die durch
einen zu niedrigen Druck in einem Hochdrucksystem des Einspritzsystems
hervorgerufen werden kann. Allgemein hat das beschriebene herkömmliche
Verfahren den Nachteil, dass eine größere Kraftstoffmenge benötigt wird
und dass eine unsaubere Verbrennung möglich ist. Bekannte Lösungsmöglichkeiten,
wie beispielsweise die Aufheizung des Kraftstoffs und der Brennkraftmaschine
vor dem Starten sind energieintensiv, zeitaufwendig oder in anderer
Weise nachteilig.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Starten
einer Brennkraftmaschine anzugeben, wobei die Nachteile des Standes
der Technik überwunden
werden sollen und insbesondere eine verbesserte Gemischbildung oder ein
geringerer Kraftstoffverbrauch während
des Startvorgangs sichergestellt werden sollen. Weiterhin ist es
Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens anzugeben.
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Dieses
Problem wird gelöst
durch ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit mindestens
einem Brennraum, wobei während
des Startvorgangs aus einem Hochdrucksystem Einspritzungen in den
Brennraum abgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest
eine Einspritzung in den Brennraum ausblendbar ist, um einen Druckabfall
in dem Hochdrucksystem zu begrenzen. Die Erfindung bietet den Vorteil,
dass durch das Ausblenden der Einspritzung einem Druckabfall in
dem Hochdrucksystem vorgebeugt werden kann, wobei zu berücksichtigen
ist, dass ein ausreichend hoher Druck in dem Hochdrucksystem (Rail-Druck)
notwendig ist, um eine gute Gemischbildung sicherzustellen. Üblicherweise
werden durch das Hochdrucksystem in regelmäßiger Abfolge Einspritzungen
in die Brennräume
abgesetzt, wobei es aufgrund der beim Startvorgang erhöhten Kraftstoffmenge
zu einem Druckabfall in dem Hochdrucksystem kommen kann. Im Rahmen der
Erfindung ist nun mindestens eine der Einspritzungen, die in regelmäßiger Abfolge
in den oder in die Brennräume
erfolgen, aussetzbar.
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Vorteilhafterweise
wird die Einspritzung ausgeblendet, falls ein Minimaldruck unterschritten
wird. Dieser Minimaldruck ist vorzugsweise höher als eine untere Schwelle
für den
Druck im Hochdrucksystem, bei dem eine gute Gemischbildung nicht
mehr sichergestellt werden kann. Diese untere Schwelle wird hierin
auch als Mindestdruck bezeichnet. Es ist also vorteilhaft, die Schranke
für das
Ausblenden einer Einspritzung höher
zu setzen als eine absolute Untergrenze für den Druck für eine sichere
Gemischbildung. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist, den Druckabfall
für eine
kommende Einspritzung zu berechnen und die Einspritzung auszusetzen,
falls die Berechnung ergibt, dass diese Einspritzung zu einem Druckabfall
im Hochdrucksystem unter den Mindestdruck führen würde. Dies bietet den Vorteil
höherer Sicherheit,
da es auf diese Weise sicher nicht zu einem zu niedrigen Druck kommen
kann. Mit den Einspritzungen wird wieder begonnen, falls der Druck
im Hochdrucksystem wieder über
den Minimaldruck steigt oder falls festgestellt wird, dass eine
folgende Verbrennung nicht zu einem Druckabfall unter den Schwellenwert
(Mindestdruck) führen
würde.
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Vorzugsweise
ist der Minimaldruck vordefiniert oder ändert sich während des
Startvorgangs. Der Änderung
des Minimaldrucks während
des Startvorgangs liegt der Gedanke zugrunde, dass während des
Startvorgangs sukzessive von Einspritzung zu Einspritzung die Einspritzmenge
reduziert werden kann. Vorteilhafterweise wird daher auch die Einspritzmenge
während
des Startvorgangs reduziert. Der vordefinierte Minimaldruck bietet
den Vorteil einer einfach zu gestaltenden Regelung oder Steuerung.
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Vorteilhafterweise
wird in Abhängigkeit
des Ausblendens der Einspritzung eine die Brennkraftmaschine während des
Startvorgangs antreibende elektrische Maschine länger betrieben oder es erfolgt ein
entsprechender Hinweis an den Fahrer, die elektrische Maschine länger zu
betätigen.
Der Hintergrund ist, dass durch die Ausblendung der Einspritzung
der Beschleunigungsvorgang der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
bis auf die Leerlaufdrehzahl zeitlich länger dauert. Daher ist es notwendig
oder vorteilhaft, die elektrische Maschine länger zu betreiben. Dies kann
automatisch geschehen oder es kann dem Fahrer ein entsprechender
Hinweisgegeben werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die
Umgebungsbedingungen ein Ausblenden von Einspritzungen wahrscheinlich
machen, beispielsweise bei einer niedrigen Temperatur der Brennkraftmaschine
bzw. der Öltemperatur
der Brennkraftmaschine oder bei einer niedrigen Kraftstofftemperatur.
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Vorzugsweise
weist die zu startende Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen auf, wobei
die Ausblendung der Einspritzung nur bei einem Teil der Mehrzahl
der Brennräume
erfolgt. Das heißt,
dass zumindest einer der Brennräume
fortlaufend in regelmäßiger Abfolge
mit Einspritzungen versorgt wird, wobei für diesen Brennraum die übliche Taktfolge
eingehalten wird. Dies bietet den Vorteil, dass ausgenützt wird,
dass in dem Brennraum, in dem bereits eine Einspritzung erfolgte,
bereits bessere Temperatur- bzw. Verbrennungs-Bedingungen als in
einem Brennraum herrschen, in den noch nicht eingespritzt wurde.
Daher erfolgt vorzugsweise eine Ausblendung der Einspritzung für einen
Brennraum, bei dem während
des Startvorgangs noch keine Einspritzung erfolgte. So kann beispielsweise
zunächst nur
mit einem von vier Brenn räumen
der Startvorgang begonnen werden und die erste Verbrennung bzw.
erste Einspritzung in die anderen Brennräumen kann zu einem späteren Zeitpunkt
erfolgen.
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Vorteilhafterweise
werden im Rahmen der Erfindung die folgenden Schritte ausgeführt: Einspritzen
in einen ersten der Brennräume, Überprüfen, ob ein
Einspritzen in einen zweiten der Brennräume zu einem Abfall des Drucks
im Hochdrucksystem unter einen unteren Schwellenwert für den Druck
führt,
und Einspritzen in den zweiten der Brennräume nur dann, falls die Überprüfung ergibt,
dass ein Einspritzen in den zweiten der Brennräume nicht zu einem Abfall des
Drucks im Hochdrucksystem unter einen unteren Schwellenwert für den Druck
führt.
Das Einspritzen in den zweiten Brennraum findet dabei zu dem üblichen Zeitpunkt
statt. Ansonsten, falls auf Grund der Überprüfung nicht eingespritzt wird,
wird zumindest eine Einspritzung in den zweiten Brennraum ausgesetzt. Der
untere Schwellenwert für
den Druck kann der oben genannte Minimaldruck sein, es kann jedoch auch
eine absolute untere Schwelle sein, bei der eine sichere Verbrennung
nicht mehr gewährleistet
ist (Mindestdruck). Das erfindungsgemäße Verfahren kann analog auf
einen dritten, vierten oder weitere Brennräume erweitert werden und bietet
den Vorteil eines sicheren Startvorgangs.
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Vorteilhafterweise
erfolgt während
des Startvorgangs eine Maximal-Druck-Regelung des Drucks in dem
Hochdrucksystem. So kann es passieren, dass insbesondere durch das
Ausblenden von Einspritzungen ein zu hoher Druck in dem Hochdrucksystem
aufgebaut wird. Um dies zu verhindern, kann eine Maximal-Druck-Regelung
eingesetzt werden, die bei einem Anstieg des Drucks in dem Hochdrucksystem über einen
erwünschten
maximalen Druck die Förderleistung
der Hochdruckpumpe des Hochdrucksystems verringert.
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Ein
weiterer unabhängiger
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät oder eine
Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit
ggf. einem oder mehreren der oben genannten vorteilhaften Merkmale
eingerichtet ist.
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Ein
weiterer unabhängiger
Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogramm mit Programmcode
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm des Ablaufs eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine
schematische Darstellung des Ablaufs eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrnes;
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3 ein
Diagramm, das eine Einspritzabfolge während der Ausführung des
in der 2 dargestellten Verfahrens darstellt;
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4 ein
Diagramm, das eine andere Abfolge von Einspritzungen bei Ausführung des
in der 2 dargestellten Verfahrens darstellt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In
den nachfolgenden Beschreibungen von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung wird von einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von
Brennräumen,
hier im Regelfall vier, ausgegangen, wobei der Kraftstoff über ein
Hochdrucksystem direkt in die Brennräume eingespritzt wird. Der
Kraftstoff kann Benzin oder Diesel sein. Solche Systeme sind aus
dem Stand der Technik hinlänglich
bekannt und werden hier nicht näher
erläutert.
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In
der 1 ist eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt. Das Verfahren beruht auf einer Auswertung des Drucks im
Hochdruckbereich, wobei weitere Einspritzungen nur vorgenommen werden,
wenn der Druck nicht unter einen bestimmten Minimaldruck abgefallen
ist. Das Verfahren startet in einem Schritt 1, falls eine
Startanforderung für
die Brennkraftmaschine vorliegt. In einem Schritt 2 wird überprüft, ob der
Druck in dem Hochdrucksystem höher
ist als ein für
den sicheren Betrieb notwendiger Mindestdruck. Wird in dem Schritt 2 festgestellt,
dass der Mindestdruck un terschritten ist, wird anschließend in
einem Schritt 3 die nachfolgende Einspritzung ausgesetzt.
Ist der Mindestdruck nicht unterschritten, wird die Einspritzung abgesetzt
(Schritt 4). Nachfolgend auf den Schritt 3 oder
den Schritt 4 wird in einem Schritt 5 überprüft, ob die
Leerlaufdrehzahl erreicht ist und damit der Startvorgang beendet
ist. Falls im Schritt 5 festgestellt wird, dass die Leerlaufdrehzahl
erreicht ist, springt das Verfahren zu einem Schritt 6,
in dem es endet. Wird jedoch im Schritt 5 festgestellt,
dass die Leerlaufdrehzahl noch nicht erreicht ist, springt das Verfahren
wieder zum Schritt 2, in dem für die nächstmögliche Einspritzung überprüft wird,
ob der Druck in dem Hochdrucksystem mindestens so groß ist wie der
geforderte Mindestdruck.
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Das
Verfahren ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, vielmehr
kann auch vor einer jeweiligen Einspritzung überprüft werden, welche Auswirkungen
eine nachfolgende Einspritzung hätte
und in Abhängigkeit
dieser Vorhersage eine Einspritzung vornehmen oder ausblenden. So könnte im
Schritt 2 überprüft werden,
ob ein Minimaldruck unterschritten ist, der um einen Sicherheitsabstand über dem
Mindestdruck liegt. Auf diese Weise könnte sichergestellt werden,
dass auch während und
nach der Einspritzung noch der Mindestdruck in dem Hochdrucksystem
herrscht. Dies hätte
den Vorteil einer noch zuverlässigeren
Aufrechterhaltung des Drucks in dem Hochdrucksystem.
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In
der 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung schematisch
gezeigt, wobei das Diagramm der 2 einen
Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt, bei dem definierte Ausblendmuster verwendet werden. Das in
der 2 dargestellte Verfahren ist wiederum dazu vorgesehen, bei
einer der oben beschriebenen Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckeinspritzanlage
verwendet zu werden Gegenüber
dem Verfahren der 1 bietet das Verfahren der 2 den
zusätzlichen
Vorteil, dass bei einem einmal befeuerten Brennraum keine Ausblendung
mehr erfolgt, so dass kein als Wandfilm bei einer vorhergehenden
Verbrennung übrig
gebliebener Kraftstoff verdunstet und durch ein Ausschieben ohne
Verbrennung verloren geht. Zudem wird vermieden, dass der Brennraum
auskühlt.
Das Verfahren der 2 wird in Zusammenhang mit der 3 beschrieben,
die eine Zündabfolge
während des
Ablaufs des Verfahrens der 2 zeigt.
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Das
Verfahren startet mit einem Schritt 11 auf eine Startanforderung
hin. In einem Schritt 12 wird mit dem Starten begonnen,
wobei gleichzeitig ermittelt wird, in welchem der Brennräume eine
erste Verbrennung erfolgen kann. Dies ist in diesem Fall der erste
Brennraum, gekennzeichnet durch eine 1 auf der vertikalen Achse
des Diagramms der 3. Die horizontale Achse der 3 zeigt
den fortlaufenden Taktzyklus an.
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Die
erste Einspritzung in den ersten Brennraum erfolgt in einem Schritt 13,
wenn der Minimaldruck überschritten
ist. Nachfolgend wird überprüft, ob bei
einer Einspritzung in den nächstfolgenden Brennraum
sichergestellt ist, dass der notwendige minimale Druck, der beim
nächsten
Arbeitsspiel für eine
Einspritzung in den ersten Brennraum benötigt wird, zu diesem späteren Zeitpunkt
auch zur Verfügung
stehen würde,
falls die nächstmögliche Einspritzung
in den nächstfolgenden
Brennraum abgesetzt wird. Bei dieser Überprüfung in Schritt 14 kann
im Extremfall entschieden werden, dass die drei folgenden Brennräume während dieses
Arbeitsspiels nicht befeuert werden. In diesem extremen Fall springt
das Verfahren zudem Schritt 15, in dem die drei folgenden
Einspritzungen in den dritten, vierten und zweiten Brennraum ausgeblendet
werden und springt danach zum Schritt 13 zurück, bei
dem wiederum eine Einspritzung in den ersten Brennraum erfolgt.
Allerdings wird bei dieser zweiten Einspritzung in den ersten Brennraum
aufgrund des bereits aufgewärmten ersten
Brennraums ggf. bereits eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt,
wobei diese auch bei der Erfindung einsetzbare Kraftstoffmengenreduzierung während des
Startvorgangs aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist und
nicht näher
beschrieben wird.
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Ergibt
die Überprüfung im
Schritt 14, dass in der Zwischenzeit bis zum nächsten Arbeitsspiel,
bei dem der Brennraum 1 befeuert wird, ein weiterer Brennraum
mit Kraftstoff versorgt werden kann, so fährt das Verfahren in einem
Schritt 16 fort. Im Schritt 16 wird nun entschieden,
ob und wann während
der folgenden Arbeitszyklen die einzelnen Brennräume jeweils das erste Mal befeuert
werden. Auf diese Weise wird im Schritt 16 ein planmäßiges Vorgehen festgelegt,
in welcher Reihenfolge und wann die Brennräume das erste Mal befeuert
werden, wobei in dem Beispiel der 3 der vierte
Brennraum bereits während
des nächstmöglichen
Zyklus befeuert wird. Der zweite Brennraum folgt in dem Beispiel
der 3 in einem späteren
Zyklus.
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Im
Schritt 16 finden also mehrere der oben im Zusammenhang
mit dem ersten Brennraum (Schritt 14) detaillierter beschriebenen
Entscheidungen statt, wobei jeweils analog entschieden wird, ob ein
Brennraum in einem aktuellen Arbeitsspiel zusätzlich befeuert werden kann
und wenn ja, welcher Brennraum in dem aktuellen Arbeitsspiel zusätzlich befeuert
werden kann. Sobald alle Brennräume
befeuert werden, springt das Verfahren zu einem Schritt 17,
in dem unter weiteren Einspritzungen abgewartet wird, bis eine Leerlaufdrehzahl
erreicht ist, bei der von einer selbstständig laufenden Brennkraftmaschine
ausgegangen werden kann. Nachfolgend endet das Verfahren in einem
Schritt 18.
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Die 4 zeigt
eine Durchführung
des Verfahrens der 2 unter besseren Bedingungen,
wobei hier im Schritt 16 festgestellt wird, dass lediglich ein
Brennraum bei der Einspritzung im ersten Zyklus auszublenden ist,
nämlich
der zweite Brennraum. Das dargestellte Verfahren ist auch auf andere
Zündreihenfolgen
und andere Brennkraftmaschinen, insbesondere mit einer anderen Anzahl
von Brennräumen, übertragbar.
Die hier in der 2 im Schritt 14 und
im Schritt 16 dargestellten Entscheidungen können auch
anhand von bekannten Parametern der Brennkraftmaschine oder der
Umgebung bereits vor dem Einleiten des Startvorgangs getroffen werden, beispielsweise
anhand der Temperatur der Brennkraftmaschine und der Temperatur
des Kraftstoffs.