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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohreinspritzung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie einen Datenträger, der dieses Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Technologie, d. h. solchen Fahrzeugen, deren Verbrennungskraftmaschine häufig während des normalen Fahrbetriebs aus- und wieder eingeschaltet wird, sind ein komfortabler Auslauf der Verbrennungskraftmaschine und ein schneller Neustart der Verbrennungskraftmaschine von großer Bedeutung.
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Soll bei einem Kraftfahrzeug mit Saugrohreinspritzung (PFI) beim Start auf den ersten erreichten ZOT (Zünd-Oberer-Totpunkt) gezündet werden, so ist es nach dem Stand der Technik notwendig, Kraftstoff bereits während des Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen, der beim Motorstillstand, d. h. bei Erreichen einer Motordrehzahl von Null, seinen Verdichtungstakt hat. Dieser Zylinder wird als Verdichtungstaktzylinder bezeichnet. Zu einem späteren Zeitpunkt ist eine Kraftstoffeinspritzung mit bekannten Verfahren nicht möglich, da das Einlassventil des Zylinders bereits geschlossen ist und es damit keine Möglichkeit gibt, dem entsprechenden Zylinder Kraftstoff zuzuführen. Durch die Vorlagerung von Kraftstoff kann gewährleistet werden, dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch auf den ersten erreichten ZOT entflammt werden kann. Um eine Reproduzierbarkeit des Starts zu gewährleisten, muss bei jeder Stoppanforderung an die Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff vorgelagert werden. Nur so kann erreicht werden, dass sich die Startzeit von Start zu Start nicht grundlegend unterscheidet.
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Wird jedoch bei jedem Auslauf der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff vorgelagert, so können Fälle auftreten, in denen die Verbrennungskraftmaschine nicht zeitnah wieder gestartet wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Verbrennungskraftmaschine durch eine Stoppanforderung abgeschaltet wird und bei Motorstillstand, beispielsweise der Zündschlüssel abgezogen wird. Der vorgelagerte Kraftstoff kann dann über nicht vollständig abdichtende Kolbenringe in das Kurbelwellengehäuse der Verbrennungskraftmaschine laufen und die Viskosität des dort befindlichen Öls verschlechtern. Ebenfalls ist es möglich, dass gasförmiger Kraftstoff in die Umwelt entweicht. Es ist auch denkbar, dass beim nächsten Start kondensierter Kraftstoff unverbrannt durch das Auslassventil des Verdichtungstaktzylinders ausgestoßen wird und damit Kohlenwasserstoffemissionen verursacht werden. Dies gilt es zur Einhaltung der international immer weiter steigenden Emissionsvorschriften zu vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohreinspritzung umfasst eine Einspritzung von Kraftstoff in einen ersten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine während eines Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine, eine Ansteuerung des ersten Zylinders während des Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine, um diesen in eine Abstellposition zu bringen, in welcher der erste Zylinder sich in einem Verdichtungstakt befindet und ein Einlassventil des ersten Zylinders geschlossen ist, und ein Entzünden des in den ersten Zylinder eingespritzten Kraftstoffs durch Ansteuerung einer Zündspule des ersten Zylinders, wenn ein Zündschalter der Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet wird. Der erste Zylinder kann im Rahmen der allgemein üblichen Benennungsweise als Verdichtungstaktzylinder bezeichnet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sicher, dass bei Verwendung einer Start-Stopp-Technologie das Einlassventil des ersten Zylinders bei Motorstillstand geschlossen ist. In diesem Fall muss bereits während des Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff vorgelagert werden, da beim folgenden Start der Verbrennungskraftmaschine keine Möglichkeit mehr besteht, dem entsprechenden Zylinder Kraftstoff zuzuführen, jedoch trotzdem ein sehr zügiger Start der Verbrennungskraftmaschine gefordert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt beispielsweise mittels einer in einem Steuergerät hinterlegten Logik, wenn die Verbrennungskraftmaschine nicht zeitnah wieder gestartet wird. Ein Auslöser für diese Logik stellt ein Abschalten der Zündung (Klemme 15 Wechsel) dar. Wird erkannt, dass die Verbrennungskraftmaschine für eine längere Zeit abgestellt wird, so wird die Schließzeit der Zündspüle des Verdichtungstaktzylinders erhöht und ein Zündfunke entflammt das im Verdichtungstakt befindliche Luft-Kraftstoff-Gemisch vollständig. Die erfindungsgemäße Ansteuerung des ersten Zylinders kann beispielsweise durch ein Verfahren erreicht werden, wie es in der Patenanmeldung
DE 10 2010 040 562 A1 der Anmelderin beschrieben wird.
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Beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine erfolgt bevorzugt eine Frühverstellung des Einlassventils des ersten Zylinders. Wird der Kraftstoff in dem ersten Zylinder entzündet, so wird die Verbrennungskraftmaschine, welche sich zunächst in einer ersten Abstellposition befindet, dadurch in die bezogen auf einen Normalbetrieb umgekehrte Richtung angetrieben. Allerdings ist der im Brennraum des ersten Zylinders herrschende Druck gering, so dass nur ein geringes Antriebsmoment zu erwarten ist. Die Verbrennungskraftmaschine kommt dann an einer zweiten Abstellposition zum Stillstand. Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann verhindert werden, dass sich das Einlassventil öffnet und die heißen Abgase in das Saugrohr strömen und möglicherweise Schäden verursachen. Beim folgenden Start der Verbrennungskraftmaschine werden die Abgase durch das sich öffnende Auslassventil ausgestoßen.
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Es ist hierzu besonders bevorzugt, dass beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in einen vorgegebenen Winkelbereich gebracht wird. Die Abstellposition des ersten Zylinders liegt insbesondere im Bereich von 80° vor ZOT bis 150° vor ZOT.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Einspritzung von Kraftstoff in einen zweiten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine während eines Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine erfolgt, eine Ansteuerung des zweiten Zylinders während des Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine erfolgt, um diesen in eine Abstellposition zu bringen, in welcher der zweite Zylinder sich in einem Arbeitstakt befindet, und ein Entzünden des in den zweiten Zylinder eingespritzten Kraftstoffs durch Ansteuerung einer Zündspule des zweiten Zylinders gleichzeitig mit dem Entzünden des in den ersten Zylinder eingespritzten Kraftstoffs erfolgt, wenn der Zündschalter der Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet wird. Der zweite Zylinder kann im Rahmen der allgemein üblichen Benennungsweise als Arbeitstaktzylinder bezeichnet werden. In dem Fall, dass die Verbrennungskraftmaschine zeitnah wieder gestartet wird, kann dadurch der Startvorgang zeitlich weiter verkürzt werden, da die Verbrennungskraftmaschine bis zum Erreichen des ersten ZOT nicht nur durch den Anlasser angetrieben wird, sondern zusätzlich durch die Verbrennung im zweiten Zylinder beschleunigt werden kann. In dem Fall, in dem die Verbrennungskraftmaschine nicht wieder zeitnah gestartet wird, weil die Zündung deaktiviert wurde, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in beiden Zylindern gleichzeitig gezündet werden und eine Drehrichtungsänderung der Verbrennungskraftmaschine damit vermieden werden. Ein durch die Verbrennung im Brennraum der Zylinder vorhandener Druck kann sich sehr schnell aufgrund von Leckage der Zylinder abbauen. Schäden an der Verbrennungskraftmaschine sind daher nicht zu erwarten.
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Hierzu ist es besonders bevorzugt, dass die Abstellposition des ersten Zylinders im Bereich von 80° vor OT (Oberer Totpunkt) bis 160° vor OT liegt, insbesondere im Wesentlichen bei 90° vor OT, und dass die Abstellposition des zweiten Zylinders im Bereich von 80° nach OT bis 160° nach OT liegt, insbesondere im Wesentlichen bei 90° nach OT.
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Es ist bekannt, eine Verbrennungskraftmaschine erst dann neu zu starten, nachdem ihr Stillstand abgewartet wurde. Bei sogenannten Change-of-Mind-Situationen, in denen eine Startanforderung erfolgt noch während die Verbrennungskraftmaschine ausläuft, führt dies zu spürbaren und als unkomfortabel empfundenen zeitlichen Verzögerungen zwischen Startanforderung und Start der Verbrennungskraftmaschine. Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass bei Eintritt einer Change-of-Mind-Situation während des Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine nach der Kraftstoffeinspritzung in den ersten Zylinder eine Einspurung eines Anlassers der Verbrennungskraftmaschine während des Auslaufs der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu führt es alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Der erfindungsgemäße Datenträger speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Steuergerät wird das erfindungsgemäße Steuergerät erhalten, das dazu ausgebildet ist, eine Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohreinspritzung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt in einem Diagramm schematisch den Ablauf des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt schematisch die Schließung eines Einlassventils und eine Abstellposition der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1 in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr 2 dargestellt, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist vier Zylinder 11, 12, 13, 14 auf. Jeder Zylinder verfügt über ein Einlassventil 111, 121, 131, 141, welches seinen Brennraum 112, 122, 132, 142 mit dem Saugrohr 2 verbindet. Weiterhin verfügt jeder Zylinder 11, 12, 13, 14 über ein Auslassventil 113, 123, 133, 143, durch welches Verbrennungsabgase aus dem Brennraum 112, 122, 132, 142 in einen Abgasstrang 3 geleitet werden können. In jedem Brennraum 112, 122, 132, 142 ist jeweils eine Zündspule 114, 124, 134, 144 angeordnet. Eine Winkelverstellung der Zylinder 11, 12, 13, 14 ist mittels einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) möglich. Die Verbrennungskraftmaschine 1 verfügt über einen Zündschalter (nicht gezeigt) und einen Anlasser (nicht gezeigt), mit dem sie gestartet werden kann. Eine Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 1 erfolgt durch ein Steuergerät 4.
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Der Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in 2 dargestellt. Nach dem Start 501 des Verfahrens wird in einem Schritt 502 überprüft, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 durch eine Start-Stopp-Automatik gestoppt werden soll. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren in einem Schritt 503 beendet. Andernfalls wird beim Abschalten 504 der Verbrennungskraftmaschine 1 Kraftstoff in einen ersten Zylinder 11 vorgelagert. Das Einlassventil 111 dieses Zylinders 11 schließt noch vor dem unteren Totpunkt (UT) an der Position θ111 (3). Die Verbrennungskraftmaschine 1 wird so angesteuert, dass eine Abstellposition 61 des Zylinders 11 vorzugsweise ungefähr 90° vor dem oberen Totpunkt (OT) erreicht wird. Dies ist in 3 dargestellt. Anschließend wird in einem Schritt 505 überprüft, ob eine Change-of-Mind-Situation vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt in Schritt 506 eine Kraftstoffvorlagerung in den Brennraum 112 des ersten Zylinders 11. Wenn anschließend in einem Schritt 507 erkannt wird, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 nicht zeitnah wieder gestartet wird, weil der Zündschalter („Klemme 15“, nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs, in dem die Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet ist, deaktiviert wird, so wird in einem Schritt 508 die Schließzeit der Zündspule 114 des ersten Zylinders 11 erhöht und ein Zündfunke entflammt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in seinem Brennraum 112. Hierdurch bewegt sich die Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 1 entgegen ihrer normalen Drehrichtung und der Zylinder 11 wird in eine neue Abstellposition 62 gebracht, welche in einem Winkelbereich 6 zwischen der ersten Abstellposition 61 und dem unteren Totpunkt (UT) liegt. Anschließend wird das Verfahren in Schritt 509 beendet. Da die Schließung des Einlassventils 111 bereits vor dem unteren Totpunkt (UT) erfolgt ist, wird durch die Rückwärtsbewegung der Kurbelwelle keine erneute Öffnung des Einlassventils 111 des ersten Zylinders 11 ausgelöst, so dass das Verbrennungsabgas im Brennraum 112 des ersten Zylinders 11 verbleibt. Beim folgenden Start der Verbrennungskraftmaschine 1 wird das Abgas durch das sich öffnende Auslassventil 113 des ersten Zylinders 1 in den Abgasstrang 3 ausgestoßen. Wenn in Schritt 507 nicht erkannt wird, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 nicht zeitnah wieder gestartet wird, wird in Schritt 510 überprüft, ob bereits eine Startanforderung vorliegt. Ist dies der Fall, so erfolgt in Schritt 511 ein Start der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Zündung des vorgelagerten Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum 112 des ersten Zylinders 11 mittels der Zündspule 114 und das Verfahren wird anschließend in Schritt 509 beendet. Andernfalls kehrt das Verfahren zu Schritt 507 zurück. Wird in Schritt 505 eine Changeof-Mind-Situation erkannt, so erfolgt in Schritt 512 eine Kraftstoffvorlagerung in den Brennraum 112 des ersten Zylinders 11. In Schritt 513 wird noch im Auslauf der Verbrennungskraftmaschine 1 der Anlasser eingespurt und das Verfahren dann mit Schritt 511 fortgesetzt und in Schritt 509 beendet.
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In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in den Schritten 506 und 512 weiterhin eine Einspritzung von Kraftstoff in den zweiten Zylinder 12 der Verbrennungskraftmaschine 1, wobei dieser in eine Abstellposition von ungefähr 90° nach dem oberen Totpunkt gebracht wird, in welcher der zweite Zylinder 12 sich in einem Arbeitstakt befindet. In Schritt 508 erfolgt weiterhin ein Entzünden des in den zweiten Zylinder 12 eingespritzten Kraftstoffs durch Ansteuerung der Zündspule 124 des zweiten Zylinders 12 gleichzeitig mit dem Entzünden des in den ersten Zylinder 11 eingespritzten Kraftstoffs. In Schritt 508 wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch in beiden Zylindern 11, 12 gleichzeitig gezündet. Damit wird eine Drehrichtungsänderung der Verbrennungskraftmaschine 1 vermieden. In Schritt 511 wird der Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine 1 zeitlich verkürzt werden, da die Verbrennungskraftmaschine 1 bis zum Erreichen des ersten ZOT nicht nur durch den Anlasser angetrieben wird, sondern zusätzlich durch die Verbrennung im Brennraum 122 des zweiten Zylinders 12 beschleunigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010040562 A1 [0006]
