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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern von Selbstzündungsereignissen in Motorzylindern bei einem Motorstart.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren verbrennen innerhalb von Zylindern ein Luft- und Kraftstoffgemisch, um Kolben anzutreiben, die ein Antriebsdrehmoment erzeugen. Wenn ein Fahrzeug abgeschaltet wird, können einer oder mehrere Zylinder eine Heißluftladung enthalten. Diese Heißluftladung kann beim ersten Verbrennungsereignis während eines heißen Neustarts eine Selbstzündung veranlassen. Die Selbstzündung tritt auf, wenn die Verbrennung während eines Verdichtungstakts des Kolbens vor einem Zündfunkenereignis beginnt.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2006 022 579 A1 ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffabgabe an einen Motor beim Starten, bei dem ein Kurbelwinkelsensor vorgesehen ist, der die Drehposition des Motors bestimmt. Ein Steuermodul berechnet anhand der Drehposition des Motors die Luftmasse eines ersten Zylinders und gibt auf der Grundlage der Luftmasse Kraftstoff an den Motor ab. Die Luftmasse basiert auf dem Volumen, dem Druck und der Temperatur des ersten Zylinders.
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Ferner beschreibt die
DE 10 2004 037 131 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei ein Berechnungsmittel vor einem Start der Brennkraftmaschine einen möglichen Selbstentzündungs-Betriebszustand in Abhängigkeit von Betriebsparametern erkennt und zur Verhinderung dieses möglichen Selbstentzündungs-Betriebszustands geeignete Steuergrößen ermittelt.
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Außerdem beschreibt die
DE 198 35 045 A1 , dass ein Verbrennungsmotor mittels Identifikation einer Brennkammer, die ein vorgegebenes Luftvolumen beinhaltet und sich in einem Arbeitstakt befindet, ferner durch Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer, wodurch ein brennbares Gemisch erzeugt wird, und durch Zünden des Gemisches gestartet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Verhindern von Selbstzündungsereignissen in Motorzylindern bei einem Motorstart umfasst die Merkmale des Anspruchs 1.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der im Folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen. Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 eine schematische Darstellung einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine schematische Darstellung eines Steuermoduls der Motoranordnung aus 1 ist; und
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3 eine Darstellung eines Ablaufplans für den Betrieb des Selbstzündungsabschwächungsverfahrens ist.
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Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen überall in den mehreren Ansichten der Zeichnungen entsprechende Teile.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen Oder bedeuten. Es ist festzustellen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
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Wie der Begriff Modul hier verwendet ist, kann er sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine elektronische Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA); auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; auf andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder auf eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa in einem chipintegrierten System beziehen, ein Teil von ihnen sein oder sie enthalten. Der Begriff Modul kann Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) enthalten, der Code speichert, der von dem Prozessor ausgeführt wird.
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Der Begriff Code, wie er hier verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzt, wie er oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder aller Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Außerdem kann einiger oder aller Code von mehreren Modulen von einem einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff Gruppe, wie er oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder aller Code unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren von einem einzelnen Modul ausgeführt werden kann. Außerdem kann einiger oder aller Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
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Die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch eines oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten mittels Prozessor ausführbare Anweisungen, die in einem nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Außerdem können die Computerprogramme gespeicherte Daten enthalten. Nicht einschränkende Beispiele des nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Mediums sind nicht flüchtiger Speicher, magnetische Ablage und optische Ablage.
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Anhand von 1 ist ein beispielhafter Motor 10 schematisch dargestellt. Der Motor 10 kann eine Kurbelwelle 14, Kolben 16, Einlassventile 18, Auslassventile 20, Zündkerzen 22 und Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 24 enthalten. Der Einfachheit halber ist die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit einer Vierzylinderreihenanordnung dargestellt. Allerdings ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung gleichfalls auf irgendeine Anzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen sowie auf eine Vielzahl von Motorkonfigurationen einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine V-Konfiguration und horizontal gegenüberliegende Anordnungen anwendbar ist.
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Der Motor 10 enthält einen Motorblock, der Zylinder 26, 28, 30 und 32 definiert, und einen Zylinderkopf, der Einlassöffnungen 34 und Auslassöffnungen 36 definiert. Die Kolben 16 sind in den Zylindern 26, 28, 30, 32 angeordnet und mit der Kurbelwelle 14 in Eingriff. Die Einlassventile 18 sind in den Einlassöffnungen 34 angeordnet und die Auslassventile 20 sind in den Auslassöffnungen 36 angeordnet. Die Zündkerzen 22 und die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 24 stehen in Verbindung mit den Zylindern 26, 28, 30, 32. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel stehen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 24 in direkter Verbindung mit den Zylindern 26, 28, 30, 32, wobei sie eine Direkteinspritzungsanordnung bilden. Allerdings ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Direkteinspritzungsanwendungen beschränkt ist und ebenfalls auf Einzeleinspritzungsanordnungen anwendbar sein kann.
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Der Motor 10 kann ein Auto-Start/Stopp-System enthalten, das die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs erhöht. Das Auto-Start/Stopp-System erhöht die Kraftstoffwirtschaftlichkeit dadurch, dass es den Motor wahlweise abschaltet, während das Fahrzeug fährt. Das Auto-Start/-Stopp-System enthält ein Steuermodul 38, das wahlweise Auto-Stopp-Ereignisse und Auto-Start-Ereignisse des Motors 10 initiiert. Ein Auto-Stopp-Ereignis enthält das Abschalten des Motors 10, wenn eines oder mehrere vorgegebene Freigabekriterien erfüllt sind, wenn die Fahrzeugabschaltung nicht angewiesen worden ist (z. B., wenn der Zündschlüssel in einer Ein-Position ist). Während eines Auto-Stopp-Ereignisses ist der Motor 10 abgeschaltet und kann z. B. die Bereitstellung von Kraftstoff für den Motor 10 gesperrt sein, um (durch Verringern des Kraftstoffverbrauchs) die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen. Während der Motor 10 während eines Auto-Stopp-Ereignisses abgeschaltet ist, initiiert das Steuermodul 38 wahlweise ein Auto-Start-Ereignis. Ein Auto-Start-Ereignis kann z. B. das Freigeben der Kraftstoffbeaufschlagung und das Freigeben der Bereitstellung des Zündfunkens zum Starten des Motors 10 enthalten.
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Zusätzlich kann der Motor während oder am Ende des Fahrzyklus entweder für ein Auto-Stopp-Ereignis oder für ein Zündschlüssel-aus-Ereignis abgeschaltet werden. Die Motorabschaltung enthält ein Kolben-Halt-Ereignis (d. h. eines, in dem die Kolben 16 in den Zylindern 26, 28, 30, 32 angehalten werden). Die Kolben 16 werden angehalten, wenn sich die Kurbelwelle 14, die die Bewegung der Kolben 16 veranlasst, nicht mehr dreht. Die Kurbelwelle 14 kann sich in Ansprechen entweder auf einen Auto-Stopp-Befehl von dem Steuermodul 38 oder, da der Fahrer das Fahrzeug ausgeschaltet hat, zu drehen aufhören.
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Ferner enthält der Motor 10 einen Kurbelwellenpositionssensor 40, einen Einlasslufttemperatursensor 42, einen Luftströmungssensor 44 und einen Motorkühlmitteltemperatursensor 46. Nun anhand von 2 kann das Steuermodul 38 ein Selbstzündungsabschwächungssystem bilden, das ein Kolbenpositionsmodul 48, ein Zylindervolumenmodul 50, ein Temperaturmodul 52, ein Kraftstoffanreicherungsmodul 54, ein Kraftstoffsteuermodul 56 und ein Zündungsmodul 58 enthält. Der Kurbelwellenpositionssensor 40 steht in Kommunikation mit dem Kolbenpositionsmodul 48 und stellt ein Signal bereit, das die Kurbelwellenposition angibt. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel ist der Kurbelwellenpositionssensor 40 ein Zweirichtungs-Kurbelwellenpositionssensor. Das Kolbenpositionsmodul 48 bestimmt die Kolbenposition auf der Grundlage einer durch den Kurbelwellenpositionssensor 40 bereitgestellten Drehposition der Kurbelwelle 14.
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Der Einlasslufttemperatursensor 42, der Luftströmungssensor 44 und der Motorkühlmitteltemperatursensor 46 stehen jeweils in Kommunikation mit dem Temperaturmodul 52. Der Einlasslufttemperatursensor 42 stellt ein Signal bereit, das die Umgebungslufttemperatur angibt. Der Luftströmungssensor 44 stellt Signale bereit, die die Menge der Luftströmung angeben. Der Motorkühlmitteltemperatursensor 46 stellt Signale bereit, die die Motorkühlmitteltemperatur angeben.
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Das Kolbenpositionsmodul 48 bestimmt auf der Grundlage der Kurbelwellenposition, ob einer der in den Zylindern 26, 28, 30, 32 angeordneten Kolben 16 während eines Kolbenansaugtakts angehalten hat, und identifiziert den Entsprechenden der Zylinder. Das Kolbenpositionsmodul 48 steht in Kommunikation mit dem Zylindervolumenmodul 50, mit dem Kraftstoffanreicherungsmodul 54 und mit dem Kraftstoffsteuermodul 56 und bestimmt eine Haltposition des Kolbens 16. Das Temperaturmodul 52 steht in Kommunikation mit dem Zylindervolumenmodul 50 und mit dem Kraftstoffanreicherungsmodul 54 und bestimmt über den Luftströmungssensor 44 und den Motorkühlmitteltemperatursensor 46 die Zylinderlufttemperatur und über den Einlasslufttemperatursensor 42 die Umgebungslufttemperatur.
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Das Zylindervolumenmodul 50 steht in Kommunikation mit dem Kolbenpositionsmodul 48 und mit dem Temperaturmodul 52 und bestimmt das Zylinderluftvolumen. Außerdem steht das Zylindervolumenmodul 50 in Kommunikation mit dem Kraftstoffanreicherungsmodul 54, das auf der Grundlage der Zylinderlufttemperatur und des Zylinderluftvolumens eine Kraftstoffmenge zum Hemmen der Selbstzündung bestimmt. Das Kraftstoffanreicherungsmodul 54 steht in Kommunikation mit dem Kraftstoffsteuermodul 56 und stellt die bestimmte Kraftstoffmenge für das Kraftstoffsteuermodul 56 bereit. Das Kraftstoffsteuermodul 56 steht in Kommunikation mit dem Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 24 und mit dem Zündungsmodul 58. Das Zündungsmodul 58 steht in Kommunikation mit den Zündkerzen 22, um die Zündung der durch das Kraftstoffsteuermodul 56 bereitgestellten Kraftstoffmenge anzuweisen.
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Nun in 3 ist ein Selbstzündungsabschwächungsverfahren 110 für das Selbstzündungsabschwächungssystem dargestellt. Das Verfahren 110 beginnt bei 112, wenn der Motor 10 eingeschaltet angewiesen wird. Die eingeschaltet angewiesene Bedingung kann allgemein einer Zündschlüsse-ein-Bedingung entsprechen. Eine Motor-ein-Bedingung kann allgemein der Tatsache entsprechen, dass die Kolben 16 innerhalb der Zylinder 26, 28, 30, 32 durch Verbrennungsereignisse innerhalb der Zylinder 26, 28, 30, 32 angetrieben werden. Eine Motor-aus-Bedingung kann allgemein der Tatsache entsprechen, dass die Kolben 16 innerhalb der Zylinder 26, 28, 30, 32 feststehend sind.
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Bei 114 bewertet das Verfahren 110 eine verstrichene Motor-aus-Zeit unmittelbar vor der angewiesenen Ein-Bedingung. Falls die Motor-aus-Zeit einen Schwellenwert (z. B. 5 Minuten) übersteigt, wird das Verfahren 110 beendet. Andernfalls geht das Verfahren 110 zu 116 über. Bei 116 bestimmt das Verfahren 110 über das Kolbenpositionsmodul 48, welcher der Zylinder 26, 28, 30, 32 einen während des Kolbenansaugtakts angehaltenen Kolben 16 besitzt. Der Zylinder mit dem während des Kolbenansaugtakts angehaltenen Kolben 16 kann ebenfalls ein Einlassventil 18 in einer offenen Position besitzen. Somit kann das Verfahren 110 bei 116 zusätzlich bestimmen, welche der Zylinder 26, 28, 30, 32 Einlassventile 18 in einer offenen Position besitzen. Für Veranschaulichungszwecke ist die folgende Diskussion auf eine Bedingung gerichtet, bei der der Kolben 16 in dem ersten Zylinder 26 während des Kolbenansaugtakts angehalten worden ist.
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Bei 118 bestimmt das Temperaturmodul 52 die Temperatur der Luft innerhalb des ersten Zylinders 26. Die Zylinderlufttemperatur wird aus den Oberflächentemperaturen des Kolbens 16 und des ersten Zylinders 26 bestimmt. Das Temperaturmodul 52 empfängt Signale von dem Luftströmungssensor 44 und von dem Motorkühlmitteltemperatursensor 46, gibt die Signale zusammen mit der Motordrehzahl in ein mathematisches Modell ein und berechnet die vorhergesagten Oberflächentemperaturen des Kolbens und des Zylinders. Das Temperaturmodul 52 bestimmt die Zylinderlufttemperatur durch Nachschlagen der Kolben- und der Zylinderoberflächentemperatur in einer Tabelle vorgegebener Zylinderlufttemperaturen.
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Bei 120 wird die Lufttemperatur innerhalb des ersten Zylinders 26 ausgewertet. Falls die Temperatur der Luft innerhalb des ersten Zylinders 26 um einen Schwellenwert (z. B. 30 Grad Celsius) höher als die Umgebungstemperatur ist, geht das Verfahren 110 zu 122 über. Andernfalls wird das Verfahren 110 beendet.
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Bei 122 bestimmt das Kolbenpositionsmodul 48 die Haltposition des Kolbens 16 innerhalb des ersten Zylinders 26. Bei 124 bestimmt das Kraftstoffanreicherungsmodul 54 eine erste Kraftstoffmenge. Die erste Kraftstoffmenge kann auf der Grundlage der Temperatur und des Volumens der Luft innerhalb des ersten Zylinders 26 bestimmt werden. Das Kraftstoffanreicherungsmodul 54 empfängt die Temperatur der Luft innerhalb des Zylinders von dem Temperaturmodul 52 und das Volumen der Luft innerhalb des Zylinders von dem Zylindervolumenmodul 50 und gibt diese Werte in eine zweidimensionale Tabelle ein, die eine vorgegebene erste Kraftstoffmenge für die Selbstzündungsabschwächung ausgibt.
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Bei 128 weist das Kraftstoffsteuermodul 56 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 an, in dem ersten Zylinder 26 vor dem nachfolgenden Ausstoßtakt des Kolbens 16 die erste Kraftstoffmenge für den ersten Zylinder 26 bereitzustellen. Die erste Kraftstoffmenge kann bereitgestellt werden, wenn der Kolben 16 in dem ersten Zylinder 26 in einer Position z. B. zwischen 60-Grad Kurbelwellendrehung vor dem Ende des Ansaugtakts und 60 Grad Kurbelwellendrehung nach dem Ende des Ansaugtakts ist. Bei 132 weist das Zündungsmodul 58 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt die Zündkerze 22 an, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Daraufhin kann das Verfahren 110 enden.
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Nachdem das Verfahren 110 beendet ist, wird der Motorbetrieb fortgesetzt. Zum Beispiel stellen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 24 für nachfolgende Verbrennungsereignisse (nach dem ersten Ausstoßtakt des ersten Zylinders 26) eine zweite Kraftstoffmenge für die Zylinder 26, 28, 30, 32 bereit. Die erste Kraftstoffmenge kann höher als die zweite Kraftstoffmenge sein. Zum Beispiel kann die erste Kraftstoffmenge zwischen 20 und 150 Prozent höher als die zweite Kraftstoffmenge sein. Der durch die erste Kraftstoffmenge bereitgestellte erhöhte Kraftstoff kann allgemein abnehmen, während die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs während des Anfangsmotorstarts zunimmt, um die Selbstzündung abzuschwächen.
