DE102015223145A1

DE102015223145A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102015223145A1
Application number: DE102015223145.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmidt; Stephan Uhl; Yves Zehmisch; Torsten Baumann; Matthias Weinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-24
Also published as: CN106996340A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Anzahl an Zylindern (16, 18), bei dem bei mindestens einem der Zylinder (16, 18) eine Berechnung einer Luftfüllung vorgenommen wird, wobei zunächst überprüft wird, ob ein Einlassventil des Zylinders (16, 18) geschlossen ist, bevor die Berechnung der Luftfüllung vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren werden in Kraftfahrzeugen zum Antrieb eingesetzt und wandeln hierzu chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Arbeit um. Hierzu wird der Kraftstoff bzw. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Brennräumen, den Zylindern des Verbrennungsmotors, verbrannt. Zum Ansteuern des Verbrennungsmotors ist üblicherweise ein Steuergerät, typischerweise ein Motorsteuergerät, vorgesehen. Dieses wertet empfangene Signale aus und steuert den Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung der mit diesen Signalen transportierten Informationen an.
Eine wichtige Größe beim Betrieb des Verbrennungsmotors ist die sogenannte Luftfüllung, die angibt, wie viel Luft sich in einem Zylinder befindet. Hiervon hängt u. a. ab, wie viel Kraftstoff in den Zylinder eingebracht werden muss. Daher wird diese Füllung zu einem Zeitpunkt vor dem Beginn des Einspritzvorgangs gemessen oder berechnet.
Die Berechnung der Füllung erfolgt bspw. bei einem Verbrennungsmotor, der eine Start-Stopp-Funktion hat, vor jedem Start des Verbrennungsmotors. So wird bei einem Verbrennungsmotor mit Start-Stopp-Funktion die Luftfüllung im Zylinder an sogenannten Synchronisierungs-Markierungen, die nachfolgend auch als Synchro-Markierungen oder Synchros bezeichnet werden, berechnet. Diese liegen typischerweise an festen Positionen auf dem Kurbelwellen-Geberrad. Nur im Start ist eine Berechnung an anderer Stelle möglich. Wenn die noch ruhende Kurbelwelle z. B. 20° KW hinter einer Markierung steht, kann diese für einen schnelleren Start nachgeholt werden. Dieses Nachholen geschieht im Allgemeinen direkt nach dem Erkennen des Losdrehens der Kurbelwelle durch eine erkannte Flanke am Kurbelwellengeberrad.
Ist an diesem Punkt der Brennraum noch nicht gasdicht verschlossen, d. h. der Einlass bzw. das Einlassventil steht noch offen, wird die Füllung falsch berechnet. Dies hat eine falsche Berechnung der Kraftstoffmenge und damit schlechte Emissionswerte und ggf. Zündaussetzer zur Folge.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Es wurde erkannt, dass beim Direktstartverfahren durch gezieltes Dekomprimieren der Zeitpunkt, zu dem der Einlass schließt, ggf. weit hinter die Synchro-Markierungen geschoben wird. Dieses Problem tritt bei jedem Start auf.
Weiterhin wurde erkannt, dass sich bei Verbrennungsmotoren mit Kurbelwelle und Nockenwelle die Phasenlage von Nocken- zu Kurbelwelle durch Anregungen durch den Startvorgang verschiebt. Der Zeitpunkt, zu dem der Einlass schließt, ist während des Starts die maßgebliche Größe für die Füllung. Bisher wurden diese Verschiebungen nicht erfasst. Damit ergeben sich Fehler in der Füllungsberechnung. Daraus folgt eine falsche Zumessung der Einspritzmenge.
Dies ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren, die eine Nockenwellenverstellung ermöglichen oder auch bei Verbrennungsmotoren mit variablem Ventiltrieb von Bedeutung.
Das vorgestellte Verfahren sieht vor, dass die Berechnung der Füllung und des benötigten Kraftstoffs erst nach dem sicheren Schließen des Einlassventils erfolgt. Weiterhin ist eine genauere Erfassung des Zeitpunkts, zu dem der Einlass schließt, möglich und Phasenverschiebungen zwischen Nocken- und Kurbelwelle werden genau erfasst. Damit wird eine genauere Füllungserfassung im Start möglich.
Weitere Möglichkeiten zur Erfassung des realen Einlass-Schließzeitpunkts sind:

• Brennraumdruckindizierung
• Ventilhubsensoren

Die Synchronisation, d. h. die Berechnung der Absolut- und Relativposition von Kurbel- und Nockenwelle, kann sofort nach Rotationsposition erfolgen. Die Größen, die unabhängig von der Luftfüllung sind, z. B. die Ansteuerung des Generators, die Ansteuerung der Hochdruckpumpe usw., können ebenfalls direkt nach Rotationsbeginn berechnet werden. Nur die tatsächliche Luftfüllung und die daraus resultierenden Größen dürfen erst nach überschreiten des Einlass-Schließzeitpunkts berechnet werden.
Dies wird nun durch ein Erkennen des Überstreichens des Zeitpunkts, zu dem der Einlass schließt, vorgenommen.
Das Verfahren ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren anwendbar, bei denen eine Einstellmöglichkeit der Betätigung der Ventile, insbesondere der Einlassventile, möglich ist. Dies kann bspw. bei einem Verbrennungsmotor mit einem bspw. elektrischen Nockenwellensteller aber auch unabhängig vom Einsatz einer Nockenwelle bei Verbrennungsmotoren mit variablem Ventiltrieb der Fall sein. Bei diesen ist der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils unabhängig von der Stellung der Kurbelwelle und es wird so sichergestellt, dass die Bestimmung der Füllung erst erfolgt, wenn tatsächlich das Einlassventil geschlossen ist.
Dabei sollte die Bestimmung zu einem möglichst frühen Zeitpunkt erfolgen, da dann ausreichend Zeit für die Einspritzung und ggf. auch für eine oder mehrere Piloteinspritzungen bleibt. Zu beachten ist, dass, je später der Zeitpunkt des tatsächlichen Schließens des Einlassventils liegt, umso größer der Fehler bei der Bestimmung der Füllmenge, bei gleichem Winkelfehler, bei Verfahren zum Bestimmen der Füllmenge nach dem Stand der Technik ist.
Die vorgestellte Anordnung ist zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet und ist bspw. in einem Steuergerät, bspw. einem Motorsteuergerät, integriert oder als solches ausgebildet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend 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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einem Diagramm einen Betriebszyklus.
2 zeigt in einem Diagramm einen Betriebszyklus.
3 zeigt in einem Diagramm einen Betriebszyklus.
4 in einem Flussdiagramm ein Verfahren nach dem Stand der Technik.
5 zeigt in einem Flussdiagramm eine Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Zu beachten ist, dass für zukünftige Startverfahren mit gezielter Dekomprimierung eine bestimmte Abstellposition und ein Verschieben des Zeitpunkts, zu dem der Einlass schließt, notwendig ist.
1 zeigt in einem Diagramm 10 einen Betriebszyklus mit einem oberen Totpunkt OT 12 und einem unteren Totpunkt UT 14. Weiterhin sind ein Zylinder 1, mit Bezugsziffer 16 versehen, und ein Zylinder 0, mit Bezugsziffer 18 versehen, dargestellt. Außerdem sind ein Zeitpunkt 20 des Einlassschießens 20 und ein erster Synchro-Zeitpunkt S0 22 und ein zweiter Synchro-Zeitpunkt S1 24 eingetragen.
Im Allgemeinen steht der Motor nach dem Abstellen in der in 1 gezeigten Position, wobei Zylinder 0 18 im Expansions- und Zylinder 1 16 im Kompressionstakt steht.
Bei einer Startanforderung beginnt sich die Kurbelwelle zu drehen, unabhängig wodurch das dafür benötigte Moment erzeugt wird, z. B. bei einem herkömmlichen Starter, einer Hochvolt-E-Maschine, einem Riemenstartergenerator, einer Kupplung beim Kupplungsschleppstart, einer ruhenden Verbrennung beim Direkstart usw. Bisher wurde bei einer erkannten Flanke am Kurbelwellengeberrad die Synchros (S1 und S0) nachgeholt. Bei herkömmlichen Motoren liegt der Zeitpunkt ES 20 nicht so spät, so dass sich keine Probleme ergeben Der Einlass-Schließzeitpunkt liegt vor der S1 bzw. S0 Marke. Die Nockenwellen sind meist verriegelt. Bei zukünftigen Startverfahren steht aber das Einlassventil noch offen und die tatsächliche Luftfüllung steht zu diesem Zeitpunkt noch nicht fest.
2 zeigt den entsprechenden Betriebszyklus 30, wobei wiederum der obere Totpunkt OT 12, der untere Totpunkt UT 14, der Zylinder 1, mit Bezugsziffer 16 versehen, und der Zylinder 0, mit Bezugsziffer 18 versehen, sowie der Zeitpunkt 20 des Einlassschießens ES 20 und ein erster Synchro-Zeitpunkt S0 22 und ein zweiter Synchro-Zeitpunkt S1 24 eingetragen sind.
Da auch die Nockenwellenlagerregelung beim Losdrehen des Motors nicht die gewünschte Genauigkeit besitzt, wird das Nachholen der Synchros verboten, bis an der Nockenwelle der Zeitpunkt ES 20 überschritten wird. Um den Zeitpunkt ES 20 zu erkennen, kann bspw. ein Absolutgeber an der Einlassnockenwelle verwendet werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Markierungen bspw. durch eine entsprechende Flanke am Nockenwellengeberrad an diesen Punkt auf der Nockenwelle aufzuprägen.
3 zeigt den entsprechenden Betriebszyklus 50, wobei wiederum der obere Totpunkt OT 12, der untere Totpunkt UT 14, der Zylinder 1, mit Bezugsziffer 16 versehen, und der Zylinder 0, mit Bezugsziffer 18 versehen, sowie der Zeitpunkt 20 des Einlassschießens ES 20 und ein erster Synchro-Zeitpunkt S0 22 und ein zweiter Synchro-Zeitpunkt S1 24 eingetragen sind.
Wenn der Zeitpunkt ES 20 erreicht ist, gibt die Nockenwellenerkennung den Trigger zum Nachholen der Synchros. Weiterhin kann an diesem Punkt die genaue Lage der Kurbelwelle erfasst werden. Damit lässt sich der genaue Zeitpunkt 20 des Einlassschließens und damit die Luftfüllung bestimmen.
In 1 ist in einem Flussdiagramm ein Verfahren nach dem Stand der Technik verdeutlicht. In einem ersten Schritt 70 erfolgt der Start. Anschließend wird in einem Schritt 72 überprüft, ob die Kurbelwelle dreht. Ist dies nicht der Fall, erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 70. Wird festgestellt, dass die Kurbelwelle dreht, so erfolgt in einem Schritt 74 ein Nachholen der Synchros und die Füllung wird berechnet. Ist bei dem Schritt 74 das Einlassventil noch nicht geschlossen, erfolgt eine fehlerhafte Berechnung der Füllung.
In 5 ist in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführung des beschriebenen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 80 startet das Verfahren. In einem Schritt 82 wird überprüft, ob das Einlassventil geschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 80. Ist das Einlassventil geschlossen, so wird in einem Schritt 84 die Position der Kurbelwelle erfasst. In einem darauffolgenden Schritt 86 wird die Phasenlage der Nockenwelle berechnet. Abschließend werden in einem Schritt 88 die Synchros nachgeholt und die Füllung wird berechnet. Die Füllung wird somit zu einem Zeitpunkt berechnet, bei dem sichergestellt ist, dass das Einlassventil geschlossen ist.
Das vorgestellte Verfahren ist grundsätzlich bei allen Verbrennungsmotoren anwendbar. Es eignet sich insbesondere bei Startverfahren mit gezielter Dekomprimierung. Das Verfahren kann ebenfalls bei Verbrennungsmotoren ohne Nockenwellenverriegelung zur Anwendung kommen. Das Verfahren kann bspw. auch in Verbindung mit einem Miller-Zyklus oder einem Atkinson-Zyklus eingesetzt werden

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Anzahl an Zylindern (16, 18), bei dem bei mindestens einem der Zylinder (16, 18) eine Berechnung einer Luftfüllung vorgenommen wird, wobei zunächst überprüft wird, ob ein Einlassventil des Zylinders geschlossen ist, bevor die Berechnung der Luftfüllung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit Hilfe eines Absolutgebers an einer Nockenwelle überprüft wird, ob das Einlassventil geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit Hilfe einer Markierung an einem Nockenwellengeberrad überprüft wird, ob das Einlassventil geschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das nach einem Start des Verbrennungsmotors eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das bei einem Verbrennungsmotor mit Start-Stopp-Funktion eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Luftfüllung unmittelbar nach Erkennen des Schließens des Einlassventils berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem vor der Berechnung der Luftfüllung die Kurbelwellenposition erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem nach Erfassen der Kurbelwellenposition eine Phasenlage berechnet wird.
Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Anzahl an Zylindern (16, 18), bei dem bei mindestens einem der Zylinder (16, 18) eine Berechnung einer Luftfüllung vorgenommen wird, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anordnung dazu eingerichtet ist, zunächst zu überprüfen, ob ein Einlassventil des Zylinders (16, 18) geschlossen ist, bevor diese die Berechnung der Luftfüllung vornimmt.
Anordnung nach Anspruch 9, die in einem Steuergerät integriert ist.