-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät ist jeweils aus der
DE 2004 024 518 A1 bekannt, die einen Erststart eines Ottomotors mit Saugrohreinspritzung in einem Fahrzeug mit einem nicht entlüfteten Kraftstoffeinspritzsystem betrifft.
-
Nach dieser Schrift wird das Kraftstoffeinspritzsystem bei einem ersten Start des Verbrennungsmotors über die Einspritzventile entlüftet, die an einen Kraftstoffspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems angeschlossen sind. Die Kraftstoffpumpe fördert Kraftstoff in den anfangs noch mit Luft gefüllten Kraftstoffspeicher, der auch als Fuel-Rail oder Rail bezeichnet wird. Die Luft im Speicher wird dadurch komprimiert und entweicht bei geöffneten Einspritzventilen. Beim Antrieb des Verbrennungsmotors durch einen Starter wird damit zunächst Luft, dann ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft und schließlich Kraftstoff in das Saugrohr eingespritzt.
-
Bei gleichzeitig aktivierter Zündung springt der Verbrennungsmotor dabei verzögert an. Nach der
DE 2004 024 518 A1 ist die Entlüftung bei einem Ottomotor mit Saugrohreinspritzung im Allgemeinen durch ausreichend langes Betätigen des Starters möglich. Dabei soll jedoch die erforderliche Zeit im Einzelfall kaum vorhersagbar sein und mit dem Fertigungstakt am Bandende nicht kompatibel sein. Um die Anspringzeit des Verbrennungsmotors am Bandende zu verkürzen, werden die Einspritzventile beim Erststart vorübergehend länger geöffnet.
-
Mit dem bekannten Verfahren der beim Erststart vergrößerten Einspritzimpulsbreiten lassen sich auch Kraftstoffeinspritzsysteme bei Verbrennungsmotoren mit Benzindirekteinspritzung beim Erststart entlüften. Dabei hat sich aber gezeigt, dass es häufig lange dauert, bis ein Zustand mit einem befriedigenden Rundlauf und einer für Bandende Prüfzwecke ausreichenden Drehmomententwicklung erreicht wird. Eine befriedigende Drehmomententwicklung wurde häufig erst nach einem Abstellen und einem nachfolgenden Neustart des Verbrennungsmotors erreicht. Dies ist bei einer getakteten Fahrzeugfertigung äußerst störend.
-
Aus der
DE 43 35 891 ist ein Verfahren zur Befüllung des Kraftstoffversorgungssystems bekannt, das eine zuverlässige Befüllung gewährleistet, ohne dass der Motor gestartet wird.
-
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und eines Steuergerätes, mit denen sich die genannten Nachteile verringern lassen.
-
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich eine Zündwinkelspätverstellung kontraproduktiv auf das Startverhalten des Verbrennungsmotors und seine Laufruhe und Drehmomententwicklung nach einem Erststart auswirkt. Eine solche Zündwinkelspätverstellung wird zum Beispiel normalerweise zur schnelleren Aufheizung eines Katalysators nach einem Kaltstart ausgelost. Dabei wird der Zündwinkel gegenüber einem Zündwinkel für den normalen Motorbetrieb verspätet. Der normale Zündwinkel zeichnet sich dadurch aus, dass er bei ansonsten gleichen Betriebsparametern einen optimalen Motorlauf gewährleistet.
-
Die gezielte Zündwinkelspätverstellung verschlechtert den Wirkungsgrad und führt damit zu einer für die Katalysatoraufheizung erwünschten Steigerung der Abgastemperatur. Beim Erststart ist es jedoch wichtiger, zunächst eine vollständige Entlüftung des Kraftstoffsystems zu erreichen. Durch die Erfindung wird die für einen stabilen Motorlauf kontraproduktive Wirkung der Zeindwinkelspätverstellung verhindert oder zumindest verringert.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 das technische Umfeld der Erfindung; und
-
2 eine Abwandlung des Gegenstands der 1.
-
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Speichereinspritzsystem 12, einem Kraftstofftank 14 und einem Steuergerät 16. Das Speichereinspritzsystem 12 weist wenigstens eine Kraftstoff-Niederdruckpumpe 18, eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 20, einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 22 und eine Anordnung von Einspritzventilen 24 auf. Je ein Einspritzventil 24 ist dazu eingerichtet und angeordnet, Kraftstoff direkt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors 10 einzuspritzen. Der dazu notwendige Einspritzdruck wird durch die Reihenschaltung der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 18 und der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 20 erzeugt. Die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 18 ist in einer Ausgestaltung als elektrisch angetriebene und im Kraftstofftank 14 angeordnete Kraftstoffpumpe realisiert, die vom Steuergerät 16 mit einem Stellsignal S_18 angesteuert wird. Je nach Ausgestaltung kann die Ansteuerung durch ein binäres Ein- und Ausschalten oder ein Signal zur Regelung einer Drehzahl der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 18 realisiert sein.
-
Im aktivierten Zustand saugt die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 18 Kraftstoff an und erzeugt einen Kraftstoff-Niederdruck in der Größenordnung von 5 bar am Eingang der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 20. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 20 wird in einer Ausgestaltung mechanisch vom Verbrennungsmotor 10 angetrieben und fördert Kraftstoff in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 22. Dabei erzeugt sie im entlüfteten Zustand des Speichereinspritzsystems 12 einen Einspritzdruck im Kraftstoff-Hochdruckspeicher 22, der zur zerstäubenden Einspritzung von Kraftstoff in verdichtete Brennraumfüllungen des Verbrennungsmotors 10 ausreichend ist. Typische Einspritzdrücke liegen bei derzeit verwendeten Benzindirekteinspritzsystemen im Bereich zwischen 40 und 200 bar. Je nach Einspritzstrategie kann die Kraftstoffeinspritzung auch ganz oder teilweise im Ansaugtakt erfolgen. Dazu reichen bereits geringere Einspritzdrücke aus, die in der Größenordnung des Förderdrucks der Kraftstoff-Niederdruckpumpe liegen.
-
Die Einspritzventile 24 werden vom Steuergerät 16 mit Einspritzimpulsbreiten S_24 angesteuert. Darüber hinaus steuert das Steuergerät 16 auch Brennraumindividuelle Zündeinrichtungen 26 mit Stellsignalen S_26 an, um Verbrennungen der Brennraumfüllungen einzuleiten. Es versteht sich, dass moderne Verbrennungsmotoren 10 weitere Stellglieder, zum Beispiel Luftmassenstellglieder, aufweisen, die ebenfalls vom Steuergerät 16 gesteuert werden. Das Steuergerät 16 ist im Übrigen dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, einen Ablauf des in dieser Anmeldung vorgestellten Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen zu steuern.
-
Die Ausgabe von Stellsignalen S_24 und S_26 erfolgt im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung eines Fahrers, die als Fahrerwunsch FW von einem Fahrerwunsch-Geber 28 erfasst wird, und ferner in Abhängigkeit von Betriebsparametern BP, die von einer Anordnung von Sensoren 30 erfasst werden.
-
Dabei wird unter einem normalen Betrieb insbesondere ein Betrieb mit vollständig entlüftetem Speichereinspritzsystem 12 verstanden. Diese Bedingung ist bei einem ersten Start des Verbrennungsmotors am Bandende eines Herstellungsprozesses in der Regel nicht erfüllt. Erfindungsgemäß erfolgt in diesem Fall eine gegenüber dem normalen Betrieb veränderte Ausgabe von Zündwinkelstellgrößen S_26. Dabei wird insbesondere eine Zündwinkelspätverstellung des Verbrennungsmotors gegenüber Zündwinkelspätverstellungen in Betriebsphasen, die sich an weitere Starts anschließen, auf kleinere Werte beschränkt. In einer Ausgestaltung geht die Beschränkung so weit, dass Zündwinkelspätverstellungen komplett unterbunden werden, so dass der Verbrennungsmotor bei einem Erststart und in einer sich an den ersten Start anschließenden ersten Betriebsphase mit einem für die Drehmomententwicklung optimalen Zündwinkel betrieben wird.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Start von Beginn an als Niederdruckstart erfolgt. Bei normalen Starts, die bei entlüftetem Speichereinspritzsystem 12 erfolgen, wird dagegen abgewartet, bis der Druck im Kraftstoff-Hochdruckspeicher 22 unter der Einwirkung der Förderung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 20 einen Einspritzfreigabe-Schwellenwert übersteigt, bevor die Einspritzventile 24 öffnend angesteuert werden. Für den Niederdruckstart wird die Einspritzung dagegen bereits bei niedrigeren Drücken freigegeben. Dadurch kann Luft, die sich anfangs noch im Speichereinspritzsystem 12 befindet, bei im Ansaugtakt öffnenden Einspritzventilen 24 ausgestoßen werden und es kann bereits Kraftstoff eingespritzt werden, wenn sich im Kraftstoff-Hochdruckspeicher 22 noch kein erhöhter Kraftstoffdruck aufgebaut hat.
-
Durch die mit verringerter Zündwinkelspätverstellung oder sogar mit optimalem Zündwinkel erfolgenden Zündungen kann das resultierende Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 mit unter den gegebenen Umständen optimaler Drehmomententwicklung verbrannt werden. Dadurch wird der Starter entlastet, die Verbrennungsmotordrehzahl gesteigert und damit die weitere Entlüftung des Speichereinspritzsystems 12 und der Druckaufbau beschleunigt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung werden Maßnahmen zur Aufheizung eines Katalysators, die bei weiteren Starts durchgeführt, in der sich an den ersten Start anschließenden ersten Betriebsphase nicht durchgeführt. Zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas benötigen Katalysatoren eine gewisse Mindesttemperatur von mehreren 100° Celsius, die nach einem Kaltstart noch nicht vorliegt. Um die Emissionen dennoch möglichst gering zu halten, wird eine schnelle Aufheizung des Katalysators durch die bereits genannte Wirkungsgradverschlechterung durch späte Zündwinkel angestrebt. Darüber hinaus werden die Rohemissionen des Verbrennungsmotors durch insgesamt sehr magere Brennraumfüllungen beschränkt. Die mageren Brennraumfüllungen werden im so genannten Homogen-Split-Betrieb erzeugt, in dem eine saugsynchrone erste Teileinspritzung zu einer homogenen, aber insgesamt sehr mageren Brennraumatmosphäre führen soll. Durch eine kurz vor der Zündung erfolgende weitere Teileinspritzung wird dann in Zündkerzennähe ein zündfähiges Gemisch erzeugt, dessen Zündung und Verbrennung die Verbrennung der restlichen, sehr mageren Brennraumfüllung gewährleisten soll.
-
Durch die insgesamt auf magere Brennraumfüllungen zielende Kraftstoffzumessung wird mit vergleichsweise kleinen Öffnungszeiten der Einspritzventile 24 gearbeitet, was für die beim Erststart angestrebte Entlüftung des Speichereinspritzsystems 12 über die Einspritzventile 24 kontraproduktiv ist. Ferner wird der Verbrennungsmotor 10 in der Homogen-Split-Betriebsart bei gleichzeitig suboptimalem Zündwinkel ohnehin bereits in der Nähe seiner Laufgrenze betrieben, was unter Erststartbedingungen mit anfänglich vorhandener Luft im Speichereinspritzsystem 12 ebenfalls kontraproduktiv ist.
-
Das Nicht-Durchführen der beschriebenen motorischen Katalysator-Heizmaßnahmen hat daher den Vorteil, dass deren beim Erststart kontraproduktive Auswirkungen vermieden werden. Dadurch wird die Entlüftung beschleunigt und das Laufverhalten des Verbrennungsmotors stabilisiert.
-
Diese erwünschten Wirkungen werden in einer weiteren Ausgestaltung alternativ oder ergänzend dadurch erzielt, dass Maßnahmen zur Erhöhung des Kraftstoffflusses über Einspritzventile 24 des Verbrennungsmotors 10 ausgelöst werden. Der Kraftstofffluss kann dabei durch jede Maßnahme erhöht werden, die dazu führt, dass die Öffnungszeiten der Einspritzventile 24, bezogen auf ein Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors 10, länger werden. Dies kann zum Beispiel durch eine Vergrößerung von Anreicherungsfaktoren für die Kraftstoffzumessung erfolgen, wie sie bei herkömmlichen Verbrennungsmotor-Steuerungen für die Phasen des Startes, des Nachstartes und des Warmlaufes verwendet werden. Dabei wird als Startphase üblicherweise der Zeitbereich gewertet, der zwischen einer Betätigung des Anlassers und einem Überschreiten eines Drehzahlschwellenwertes von zum Beispiel 400 min–1 durch den Verbrennungsmotor 10 liegt. Daran schließt sich eine Nachstartphase an, die in der Regel als Zeitspanne in der Größenordnung von einigen Sekunden bis zu einer Minute vorgegeben wird. An die Nachstartphase schließt sich die Warmlaufphase an, die in Abhängigkeit von einer steigenden Temperatur des Verbrennungsmotors 10 beendet wird. In diesen Phasen Start, Nachstart und Warmlauf werden unterschiedliche Gemischanreicherungsfaktoren verwendet.
-
Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung des Kraftstoffflusses über die Einspritzventile 24 besteht darin, einen Sollwert für die Leerlaufdrehzahlregelung anzuheben. Die Drehzahlanhebung, die eine Erhöhung des Kraftstoffdurchsatzes ohne zwangsläufig parallel erfolgende Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirkt, kann mit einer oder mehreren der beschriebenen Anreicherungsmaßnahmen für den Start, Nachlauf und Warmlauf kombiniert werden. Jede dieser Maßnahmen besitzt einzeln und auch in Kombination mit jeder der anderen Maßnahmen den Vorteil einer Stabilisierung des Motorlaufs in Kombination mit einer Beschleunigung der Entlüftung.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Übergang in einen Notlaufbetrieb gesperrt wird, der mit einer Beschränkung des Einspritzdruckes auf den von der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 18 bereitgestellten Förderdruck verbunden wäre. Die Sperrung erfolgt dabei bei dem ersten Start und in der sich daran anschließenden Betriebsphase, also zwischen einem erfolgreichen ersten Start und einem Abstellen des Verbrennungsmotors 10. Ohne eine solche Sperrung könnte der Übergang in den Notlaufbetrieb durch eine Diagnoseroutine ausgelöst werden, die den Druck im Hochdruckspeicher 22 als Betriebsparameter BP bewertet. Die Sensorik 30 aus der 1 weist in dieser Ausgestaltung auch einen nicht explizit dargestellten Drucksensor auf. Der sich vor dem Abschluss der Entlüftung des Speichereinspritzsystems 12 einstellende Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 22 und auch der Anstieg dieses Drucks unterscheidet sich unter Umständen nicht wesentlich von Werten des Druckes und Druckanstiegs im Fall eines Lecks des Speichereinspritzsystems 12. Bei einem Leck wäre der Übergang in den Notlaufbetrieb sinnvoll.
-
Beim Erststart kann jedoch davon ausgegangen werden, dass kein Leck vorliegt. Es besteht daher keine Notwendigkeit, in einen Notlaufbetrieb überzugehen. Darüber hinaus wäre der Übergang in den Notlaufbetrieb unter Umständen kontraproduktiv, da die Beschränkung auf den von der Kraftstoffniederdruckpumpe 18 als Förderdruck bereitgestellten Einspritzdrucks zu einer Beschränkung des Drehmoments und der Leistung des Verbrennungsmotors 10 führt. Durch diese Beschränkung können unter Umständen am Bandende durchgeführte Tests des Verbrennungsmotors 10 nicht durchgeführt werden, so dass die ordnungsgemäße Testdurchführung ein Abstellen und einen Neustart des Verbrennungsmotors 10 erforderlich machen würde. Diese unerwünschten Auswirkungen werden durch das Sperren des Übergangs in den Notlaufbetrieb vermieden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren am Bandende einer Fertigung eines Kraftfahrzeugs aktiviert wird. In der 1 wird diese Ausgestaltung durch ein Bandende-Testgerät 30 ausgelöst, das über eine Schnittstelle 32 mit dem Steuergerät 16 kommuniziert. Das Steuergerät 16 ist bevorzugt dazu eingerichtet, auf Anforderung durch das Bandende-Testgerät 30 einen Erststart nach dem hier beschriebenen Verfahren oder nach einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen. Dazu wird das Steuergerät 16 in einer Ausgestaltung durch das Bandende-Testgerät 30 entsprechend programmiert. Nach einer Durchführung des Erststarts wird das Steuergerät 16 anschließend vom Bandende-Testgerät 30 umprogrammmiert, um folgende Starts ohne eine der hier beschriebenen Erststartfunktionen auszuführen.
-
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät in einem Zustand an das Band angeliefert wird, in dem es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Nach einer Durchführung des Erststartes mit einem der hier beschriebenen Verfahren wird das Steuergerät 16 anschließend über die Schnittstelle 32 vom Bandende-Testgerät 30 umprogrammiert, so dass es weitere Starts ohne die hier beschriebene Erststartfunktion steuert. Die Deaktivierung der hier vorgestellten Erststartfunktion erfolgt bevorzugt dann, wenn das Speichereinspritzsystem 12 bei einem ersten Start vollständig entlüftet worden ist. Dieser Zustand wird in einer Ausgestaltung dann erkannt, wenn eine Dauer der ersten Betriebsphase einen vorgegebenen Zeitschwellenwert überschreitet und/oder eine Summe der Arbeitsspiele des Verbrennungsmotors und/oder eine Fahrstrecke des Fahrzeugs und/oder eine Temperatur des Verbrennungsmotors nach dem ersten Start einen jeweils vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Dabei kann die Deaktivierung durch das Steuergerät 16 oder durch das mit dem Steuergerät über die Schnittstelle 32 kommunizierende Bandende-Testgerät 30 erfolgen.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Zeitspanne einer Anlasserbestätigung, die bei modernen Kraftfahrzeugen häufig durch das Steuergerät 16 auf einige Sekunden beschränkt ist, für den Erststart verlängert wird. Dadurch wird eine zur Entlüftung ausreichende Maximaldauer für die Anlasserbetätigung bereitgestellt.
-
2 zeigt eine Abwandlung des Speichereinspritzsystems 12 mit einem Satteltank 34. Der Satteltank 34 weist zwei verschiedene Vertiefungen 36, 38 auf. Ein Tankstutzen 40 ist über der Vertiefung 36 angeordnet, so dass diese bei einer Befüllung des Satteltanks 34 zuerst befüllt wird. Ferner weist der Satteltank 34 zwei Kraftstoffniederdruckpumpen 18.l und 18.r auf, die aus verschiedenen Vertiefungen 36, 38 des Satteltanks 34 fördern. Beide Kraftstoffniederdruckpumpen 18.l und 18.r fördern Kraftstoff zu einem Knotenpunkt 42, an den ein Eingang der Kraftstoffhochdruckpumpe 20 angeschlossen ist. Ferner ist an den Knotenpunkt 42 ein Rücklauf 44 mit einer Drossel 46 angeschlossen. Über den Rücklauf 44 und die Drossel 46 findet ein Ausgleich der Kraftstoffhöhen in den Vertiefungen 36 und 38 statt.
-
In der dargestellten Konfiguration wird zum Beispiel der von der Kraftstoffniederdruckpumpe 18.l geförderte Kraftstoff, der von der Hochdruckpumpe 20 nicht abgenommen wird, über den Rücklauf 44 in beide Vertiefungen 36, 38 zurückgeführt, so dass auch die bei der Befüllung des Satteltanks 34 über den Tankstutzen 40 zunächst trocken gebliebene Vertiefung 38 allmählich mit Kraftstoff aus der Vertiefung 36 aufgefüllt wird. Bei einem Speichereinspritzsystem 12 mit einem solchen Satteltank 34 sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, die Kraftstoffniederdruckpumpe 18.l, die bei einer geringen Befüllung des Satteltanks 34 zuerst Kraftstoff fördert, zumindest so Zange aktiviert zu lassen, bis durch ihre Förderung sichergestellt ist, dass bei einem weiteren Start auch die andere Kraftstoffniederdruckpumpe 18.r Kraftstoff fördern kann.
