-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mittels Druckluftstartanlage, bei dem in einer ersten Startabfolge ein Einrücken des Starters mittels Druckluft bewirkt wird und in einer zweiten Startabfolge der Starter mit Druckluft beaufschlagt wird.
-
Gestartet wird eine Brennkraftmaschine entweder mittels eines elektrisch betätigten Anlassers oder mittels eines Druckluftstarters. Eine Druckluftstartanlage ist beispielsweise aus der
DE 26 32 015 OS bekannt. Typischerweise besteht ein Startvorgang bei einer Druckluftstartanlage aus einer ersten und zweiten Startabfolge. In der ersten Startabfolge wird der Starter mittels Druckluft eingerückt und in der zweiten Startabfolge der Starter über die Druckluft in eine Drehbewegung versetzt. Beendet wird die zweite Startabfolge, wenn die Brennkraftmaschine eine Leerlaufdrehzahl, zum Beispiel 350 Umdrehungen/Minute, erreicht hat. Danach beginnt der verbrennungsmotorische Betrieb, indem der Kraftstoff eingespritzt wird. Bei einer als Schiffsantrieb verwendeten Brennkraftmaschine sind die Zylinder mit Dekompressionsventilen zum Entlasten des Zylinderarbeitsraums ausgestattet. Über diese wird bei der zweiten Startabfolge eventuell eingedrungenes Wasser aus dem Zylinderraum weggefördert. In der Praxis tritt nun das Problem auf, dass der Starter ein erhebliches Losreißmoment zum initialen Andrehen der Brennkraftmaschine aufbringen muss. Wird das Losreißmoment überwunden, so dreht die Brennkraftmaschine kurzzeitig mit hoher Drehzahl. In Verbindung mit Restwasser im Zylinderraum ist dies für das Pleuel kritisch.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Druckluftanlage bereit zu stellen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem in einer ersten Startabfolge ein Einrücken des Starters mittels Druckluft bewirkt wird, ein Dekompressionsventil zum Entlasten des Zylinderarbeitsraums in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird sowie ein Andrehen der Brennkraftmaschine initiiert wird, indem der Starter mit gepulster Druckluft beaufschlagt wird. In einer zweiten Startabfolge wird dann das Dekompressionsventil in Schließrichtung beaufschlagt und der Starter mit konstanter Druckluft beaufschlagt.
-
Hierbei wird von einem Anlagenregler über ein Einrückventil ein Druckluftpfad zum Einrücken des Starters festgelegt und über ein Startventil ein Druckluftpfad zum Andrehen des Starters in der ersten Startabfolge sowie zum Drehen des Starters in der zweiten Startabfolge festgelegt. Erzeugt wird die gepulste Druckluft indem während der ersten Startabfolge das Startventil in Abhängigkeit einer Soll-Motordrehzahl über ein PWM-Signal angesteuert wird. Mit anderen Worten: Über das PWM-Signal und die gepulste Druckluft wird der Starter kontinuierlich, sanft angedreht. Vermieden wird also ein harter Übergang von stillstehender Brennkraftmaschine auf eine drehende Brennkraftmaschine.
-
In Ergänzung ist vorgesehen, dass die Soll-Drehzahl rampenförmig von einem ersten Soll-Drehzahlwert auf einen zweiten Soll-Drehzahlwert erhöht wird. Positiv beendet wird die erste Startabfolge, wenn eine Drehzahl-Regelabweichung aus Soll- zu Ist-Drehzahl innerhalb eines Toleranzbandes, zum Beispiel 10 Umdrehungen/Minute, detektiert wird.
-
Das Verfahren bietet insgesamt eine hohe Prozesssicherheit und gestattet als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme eine verkaufsfördernde Argumentation. Als reine Softwarelösung ist diese nahezu kostenneutral. Zudem ist die Erfindung problemlos nachrüstbar, da die Funktion lediglich auf die bereits bestehenden Komponenten zugreift.
-
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein Systemschaubild,
- 2 einen Programm-Ablaufplan und
- 3 einen Ausschnitt aus dem Programm-Ablaufplan
-
Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer Brennkraftmaschine 1 mit Druckluftstartanlage 2. Die Druckluftstartanlage 2 umfasst einen Druckluftspeicher 10 zum Bereitstellen der Druckluft, ein Einrückventil 5 und ein Startventil 6. Das Einrückventil 5 und das Startventil 6 sind als 2/2-Ventile ausgeführt. Alternativ sind auch 3/2-Ventile anwendbar. In der 1 ist das Einrückventil 5 in der Stellung 1 dargestellt, sodass ein durchgehender Druckluftpfad vom Druckluftspeicher 10 via Einrückventil 5 zum Starter 3 besteht. In dieser Stellung ist der Starter eingerückt. Das Startventil 6 ist in der Stellung Null dargestellt, in welcher der Druckluftpfad vom Druckluftspeicher 10 zum Starter gesperrt ist, das heißt, der Starter dreht nicht. Bestimmt wird der Betriebszustand der Gesamtanlage von einem Anlagenregler 4. Ein Bediener gibt über den Anlagenregler 4 seinen Aktivierungs-/Deaktivierungswunsch oder seine Leistungswunsch vor. Über einen CAN-Bus sind eine Überwachungseinheit 7 (EMU), eine Schnittstelleneinheit 8 (EIM) und ein Motorsteuergerät 9 mit dem Anlagenregler 4 verbunden. Die Überwachungseinheit 7 wiederum bestimmt den Schaltzustand des Einrückventils 5 und des Startventils 6. Dies geschieht typischerweise über ein PWM-Signal. Die Funktion der Überwachungseinheit 7 und der Schnittstelleneinheit 8 werden in Verbindung mit der 2 näher erläutert. Das Motorsteuergerät 9 steuert und regelt den Zustand der Brennkraftmaschine 1. Im verbrennungsmotorischen Betrieb sind dies beispielsweise ein Raildruck, ein Spritzbeginn und ein Spritzende. In der Figur sind die weiteren Eingangs- und Ausgangsgrößen mit dem Bezugszeichen Ein/Aus dargestellt, beispielsweise ein Schaltsignal für den zuschaltbaren Abgasturbolader bei einer Registeraufladung.
-
In der 2 ist ein Programm-Ablaufplan dargestellt. Die 2 besteht aus den Teil2A, 2B und 2C. Hierbei zeigt die 2A den Programmteil zur Vorbereitung und zur Prüfung des Startvorgangs, 2B zeigt den Programmteil der erste Startabfolge und 2C den Programmteil der zweiten Startabfolge. Mit dem Bezugszeichen EMU ist der Programmablauf in der Überwachungseinheit 7 gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen EIM ist der Ablauf in der Schnittstelleneinheit 8 gekennzeichnet. Die Schnittstelleneinheit 8 (EIM) und die Überwachungseinheit 7 (EMU) kommunizieren via CAN-Bus. Informationen, welche auf dem CAN-Bus gesetzt oder abgefragt werden sind als gestrichelte Pfeile eingezeichnet. Beispielsweise setzt im Schritt S2A der Luftdrucksensor sein Statussignal auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen B. Eingelesen wird dieses Statussignal vom CAN-Bus, Bezugszeichen B, im Schritt S3 der Schnittstelleneinheit 8 (EIM).
-
Im Folgenden wird zuerst der Programmdurchlauf der Überwachungseinheit (EMU) beschrieben. Bei S1A wird der Status des Dekompressionsventils offen/geschlossen festgestellt und als Wert auf dem CAN-Bus gesetzt, Bezugszeichen A. Bei S2A wird der Zustand des Druckluftsensors sowie der Druckluft festgestellt und als Statuswert, Bezugszeichen B, auf dem CAN-Bus gesetzt. Die Schritte S3A bis S8A kennzeichnen eine Fehlerabfrage und zeigen die Betriebsbereitschaft der Überwachungseinheit an. Zuerst wird bei S3A geprüft, ob ein Fehler erkannt wurde. Bei detektiertem Fehler, Abfrageergebnis S3A: ja, wird bei S4A eine Alarm angezeigt und dieser zur weiteren Verarbeitung auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen C, gesetzt. Wird bei S3A die Fehlerfreiheit festgestellt, so wird bei S5A die Funktionsfreigabe erteilt, Bezugszeichen C, und anschließend bei S6A der Status des Einrückventils (1: 5), bei S7A der Status des Startventils (1: 6) und bei S8A der Status des Drehzahlsensors abgefragt. Im Anschluss wird dann zum Schritt S3A zurück verzweigt. Die Schritte S9A bis S11A kennzeichnen die Vorgehensweise bei einem Startabbruch. Bei S9A wird geprüft, ob ein Startabbruch von der Überwachungseinheit (EIM) auf dem CAN-Bus gesetzt wurde, Bezugszeichen D. Bei initiiertem Startabbruch werden dann bei S10A das Startventil und bei S11A das Einrückventil deaktiviert und dies auf dem CAN-Bus zur weiteren Verarbeitung angezeigt, Bezugszeichen E.
-
Der Programmdurchlauf der Schnittstelleneinheit (EIM) beginnt bei S1 mit der Abfrage des Startmodus. Dieser wird vom Bediener über den Anlagenregler vorgegeben. Entsprechend wird entweder der Motorstart mittels Generator, Schritt S2, oder ein Start mittels Druckluftanlage ausgewählt. Bei S3 wird die Startverblockung abgefragt. Hierzu werden auf dem CAN-Bus die gesetzten Status des Dekompressionsventils (Bezugszeichen A), des Luftdrucksensors (Bezugszeichen B) und eines externen Stoppsignals abgefragt. Das Stoppsignal, Bezugszeichen F, wird vom Anlagenregler auf dem CAN-Bus gesetzt. Danach wird bei S4 das Ergebnis der Startverblockung abgefragt. Ist eine Schaltsperre gesetzt, so wird der Start bei S9 abgebrochen und auf dem CAN-Bus angezeigt, Bezugszeichen D. Liegt keine Schaltsperre vor, so wird bei S5 zum Unterprogramm der Ölschmierung verzweigt und anschließend bei S6 geprüft, ob der Öldruck pÖL größer als ein Grenzwert GW ist. Im Fehlerfall, Abfrageergebnis S6: nein, wird bei S7 ein Alarm für den Bediener gesetzt und zu S8 verzweigt. Bei korrekter Ölschmierung, Abfrageergebnis S6: ja, wird im Anschluss bei S8 geprüft, ob die Überwachungseinheit (EMU) betriebsbereit ist. Hierzu wird die Betriebsbereitschaft auf dem CAN-Bus, Bezugseichen C, ausgelesen. Wurde bei S8 festgestellt, dass die Überwachungseinheit (EMU) betriebsbereit ist, so wird zur 2B verzweigt. Bei negativem Prüfergebnis, das heißt, die Überwachungseinheit (EMU) ist nicht betriebsbereit, wird zu S9 verzweigt, der Startvorgang abgebrochen und dieser Status auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen D, gesetzt.
-
Die 2B zeigt den Programmteil der ersten Startabfolge. Im Folgenden wird zuerst der Programmdurchlauf der Überwachungseinheit (EMU) beschrieben. Bei S12A wird geprüft, ob die Ist-Drehzahl nIST größer als ein Grenzwert GW ist. Der Grenzwert entspricht hierbei der maximal zulässigen Drehzahl während des Andrehens, zum Beispiel 20 Umdrehungen/Minute. Ergänzend wird der Status der Überwachungseinheit (EIM), Bezugszeichen G, abgefragt. Wurde eine zu hohe Ist-Drehzahl detektiert, Abfrageergebnis S12A: ja, so wird zum Programmteil mit den Schritten S20A bis S22A verzweigt. Ist die Ist-Drehzahl nIST nicht größer als der Grenzwert GW, Abfrageergebnis S12A: nein, so wird bei S13A das Einrückventil aktiviert, wodurch der Starter mit Druckluft beaufschlagt wird und einspurt. Bei S14A wird eine Zeitstufe durchlaufen, welche dem Zeitraum des Einspurens entspricht. Bei S15A wird eine Regelung aktiviert. Die Grundzüge dieser Regelung sind in der 3 dargestellt. An einem PI-Regler 11 stehen folgende Eingangsgrößen an: die PWM-Frequenz fPWM zur Ansteuerung des Einrückventils (1: 5) und des Startventils (1: 6), ein minimales Impuls-Pausenverhältnis PWM(min), ein maximales Impuls-Pausenverhältnis PWM(max) zur Ansteuerung des Einrück- und Startventils, zwei Drehzahl-Sollwerte nSL1 sowie nSL2, ein Toleranzband der Drehzahl, ein Proportional-Beiwert kp und eine Intergral-Beiwert ki. Typische Werte für diese Eingangsgrößen sind: fPWM=8Hz, PWM(min)=0%, PWM(max)=20%, nSL1=2 1/min; nSL2=10 1/min und Toleranzband=10 1/min. Ergänzend wird dem PI-Regler 11 die Ist-Drehzahl nIST zugeführt, deren Wert auf dem CAN-Bus verfügbar ist, Bezugszeichen K (2B). Alternativ kann die Überwachungseinheit auch auf einen eigenen Drehzahlsensor zurückgreifen. Die Ausgangsgrößen des PI-Reglers 11 sind der Status des Andrehens und die Lage der Soll-Istabweichung dn der Drehzahl in Bezug auf einen ersten Grenzwert GW1 und einen zweiten Grenzwert GW2.
-
Die Ausgangsgrößen des PI-Reglers werden nun im Schritt S16A der 2B weiter bewertet. Liegt während einer Zeit dt die Drehzahl-Regelabweichung dn innerhalb des Toleranzbandes TB, Abfrageergebnis S16A: ja, so wird bei S18A das Andrehen als vollständig erkannt und als Datenwert auf dem CAN-Bus gesetzt, Bezugszeichen J. Wurde hingegen bei S16A noch keine stabile Drehzahl-Regelabweichung erkannt, so wird bei S17A eine Zeitstufe t mit einem Grenzwert GW verglichen. Ist die Zeitstufe t abgelaufen, Abfrageergebnis S17A: ja, so wird der Programablauf bei S20A fortgesetzt. Läuft hingegen die Zeitstufe t noch, Abfrageergebnis S17A: nein, so wird zu S15A zurück verzweigt. Wurde bei S18A das Andrehen als vollständig gesetzt, so wird bei S19A eine Zeitstufe aktiviert. Während dieser Zeitstufe wird geprüft, ob von der ersten Startabfolge in die zweite Startabfolge (2C) gewechselt werden soll, ob die Zeitstufe ergebnislos abgelaufen ist oder ob der Status auf Leerlauf gesetzt werden soll. Hierzu wird während der Zeitstufe der Status auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen L, abgefragt. Bei ergebnislos abgelaufener Zeitstufe oder wenn der Status Leerlauf gesetzt ist, wird dann bei S20A das Startventil deaktiviert, bei S21A das Einrückventil deaktiviert und bei S22A das Andrehen beendet.
-
Bei S10 setzt die Schnittstelleneinheit (EIM) folgende Zustände auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen G: Keine Einspritzung, Dekompressionsventil aktivieren, also in Öffnungsstellen betätigen und eine Zustandsvariabel CTS auf Andrehen. Danach wird bei S11 geprüft, ob das Andrehen läuft. Hierzu wird auf dem CAN-Bus der entsprechende Wert, Bezugszeichen H, eingelesen. Bei negativem Prüfergebnis, wird das Andrehen abgebrochen und zu S10 verzweigt. Wurde bei S11 das Andrehen als aktiviert erkannt, Abfrageergebnis S11: ja, so wird bei S12 die Zustandsvariable CTS entsprechend gesetzt und bei S13 geprüft, ob das Andrehen vollständig erfolgt ist. Bei dieser Prüfung wird der Status der Überwachungseinheit (EMU), Bezugszeichen J, abgefragt. Ist das Andrehen noch nicht vervollständigt, so wird zu S12 zurück verzweigt. Ergänzend erfolgt eine Fehlerabfrage, welche einen Startabbruch bewirken kann. Ist das Andrehen beendet, Abfrageergebnis S13: ja, erfolgt bei S14 die Entscheidung, ob die zweite Startabfolge nach 2C erfolgen soll oder ob bei S15 die Laufvariabel CTS auf Leerlauf gesetzt werden soll. Soll das Andrehen beendet werden, dann wird bei S15 die Zustandsvariable CTS auf Leerlauf gesetzt und ergänzend auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen L, gesetzt. Danach wird bei S16 die Ist-Drehzahl nIST auf Stillstand (nIST=0) geprüft. Bei negativem Prüfergebnis, das heißt, die Brennkraftmaschine dreht bereits, erfolgt ein Abbruch des Programmablaufs, Schritt S19 und Bezugszeichen M. Ist die Prüfung bei S16 positiv, so wird bei S17 das Dekompressionsventil in Schließrichtung betätigt und bei S18 das Andrehen als beendet gesetzt.
-
Die 2C zeigt die Programmteile der zweiten Startabfolge. Zunächst wird der Programmdurchlauf der Überwachungseinheit (EMU) beschrieben. Bei S23A wird die zweite Startabfolge gesetzt und auf dem CAN-Bus als Status gesetzt, Bezugszeichen N. Danach wird bei S24A das Startventil aktiviert, wobei das Impuls-Pausenverhältnis auf einhundert Prozent gesetzt wird (PWM=100%). Hierdurch wird der Starter jetzt mit der vollen Druckluft beaufschlagt. Bei S25A wird geprüft, ob die Ist-Drehzahl nIST größer als die Leerlaufdrehzahl LL, zum Beispiel LL=350 1/min, ist. Ist dies noch nicht der Fall, Abfrageergebnis S25A: nein, so wird bei S26A eine Zeitstufe t, beispielsweise t=20s, gesetzt. Ist diese Zeitstufe noch nicht abgelaufen, dann wird zu S25A zurück verzweigt. Anderenfalls wird der Programmablauf mit S27A fortgesetzt. Wurde bei S25A erkannt, dass die Ist-Drehzahl größer als die Leerlaufdrehzahl LL ist, dann wird bei S27A das Startventil deaktiviert, bei S28A das Einrückventil deaktiviert und bei S29A die zweite Startabfolge als vollständig gesetzt, Bezugszeichen O. Bei S30A ist dann dieser Programmablauf beendet.
-
Bei S20 deaktiviert die Schnittstelleneinheit (EIM) das Dekompressionsventil, das heißt, das Dekompressionsventil wird in Schließrichtung betätigt. Bei S21 wird die Zustandsvariable CTS auf den Status Start gesetzt. Danach wird bei S22 geprüft, ob die zweite Startabfolge läuft. Hierzu wird der Status auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen N, berücksichtigt. Ist der Startvorgang noch nicht gesetzt, so wird zu S21 zurück verzweigt. Wurde bei S22 ein Fehler erkannt, so wird mit S27 der Startvorgang abgebrochen. Wurde bei S22 erkannt, dass der Startvorgang läuft, so wird bei S23 die Zustandsvariable CTS auf Start gesetzt und bei S24 der Startvorgang als vervollständigt gesetzt. Bei S24 wird ergänzend der Status auf dem CAN-Bus, Bezugszeichen O, mit berücksichtigt. Anschließend wird bei S25 der Status auf Leerlauf gesetzt, mit S26 der Startvorgang beendet und in den verbrennungsmotorischen Betrieb gewechselt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Druckluftstartanlage
- 3
- Starter
- 4
- Anlagenregler
- 5
- Einrückventil
- 6
- Startventil
- 7
- Überwachungseinheit (EMU)
- 8
- Schnittstelleneinheit (EIM)
- 9
- Motorsteuergerät
- 10
- Druckluftspeicher
- 11
- PI-Regler
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
