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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entflammen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem durch das Entflammen eine Beschleunigung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine aus dem Stillstand bewirkt wird.
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Zur Verringerung von CO2-Emissionen werden bei modernen Kraftwagen so genannte Start-Stopp-Systeme eingesetzt, durch welche, beispielsweise bei einer Haltephase an einer roten Ampel oder an einem Bahnübergang, ein gezielter Motorstopp sowie ein anschließender Wiederstart einer Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Um diesen Wiederstart, also das Starten der Verbrennungskraftmaschine besonders zügig durchführen zu können, kann beispielsweise in einen so genannten Startzylinder Kraftstoff eingespritzt und gezündet werden. Zur Durchführung des Wiederstarts weist ein in dem Startzylinder aufgenommener Kolben eine, für das Beschleunigen der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine aus dem Stillstand günstige Position im Bereich einer sogenannten oberen Totpunktlage auf, sodass durch die Verbrennung im Startzylinder eine besonders zügige Beschleunigung der Kurbelwelle aus deren Stillstand erfolgen kann.
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Aus der
EP 1 464 834 A1 ist ein Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung bekannt. Bei diesem Verfahren wird für jeden Direktstart aus einem im Normalbetrieb verwendeten Standardwert für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ein korrigierter Wert für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt.
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Die
EP 2 382 387 B1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung des Starts eines Verbrennungsmotors, der im Start-Stopp-Modus betrieben wird. Der Verbrennungsmotor ist dazu ausgelegt, einen Direktstart zu ermöglichen und umfasst zumindest eine Verbrennungskammer, die mit Luft gefüllt ist und von einem Direktkraftstoffinjektor versorgt wird sowie eine Zündkerze, die von einer Zündspule mit Strom versorgt wird. Durch einen Sensor wird ein Motorparameter bestimmt und eine Folge von Funken mittels der Zündspule und der Zündkerze erzeugt, welche in der Verbrennungskammer angeordnet ist. Die Folge der Funken wird durch die Bestimmung des Motorparameters vorherbestimmt, um die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskammer auszulösen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen besonders zuverlässigen Wiederstart einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Entflammen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem durch das Entflammen eine Beschleunigung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine aus dem Stillstand bewirkt wird, aus. Die Beschleunigung der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine aus dem Stillstand erfolgt dabei im Rahmen des Wiederstarts der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise in einem Start-Stopp-Betrieb.
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Um einen besonders zuverlässigen Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Dauer eines, zum Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden, einzelnen zündfunkenbedingten Wärmeeintrags in Abhängigkeit von einem, eine Drehbewegung der Kurbelwelle charakterisierenden Signal eines der Kurbelwelle zugeordneten Drehzahlsensors eingestellt wird. Dies ist von Vorteil, da durch das die Drehbewegung der Kurbelwelle charakterisierende Signal eine durch das Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum bewirkte Bewegung der Kurbelwelle besonders zuverlässig erfasst werden kann. Darüber hinaus ist durch das Einstellen der Dauer des zum Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden, einzelnen zündfunkenbedingten Wärmeeintrags in Abhängigkeit von dem Signal eine Wahrscheinlichkeit einen optimalen Zeitpunkt einer Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Bereich einer Zündquelle zu erhalten besonders hoch. Durch das Verfahren kann eine besonders hohe Wahrscheinlichkeit der Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielt werden und damit ein besonders zuverlässiger Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht werden.
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Unter dem „einzelnen Wärmeeintrag“ ist zu verstehen, dass dieser Wärmeeintrag zumindest zeitweise bezüglich einer durch den Wärmeeintrag bereitgestellten Wärmemenge konstant gehalten wird. Wird der Wärmeeintrag beispielsweise durch eine Zündkerze bewirkt, so kann das Konstanthalten der Wärmemenge beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Zündkerze mit einer eine Haltestromphase bestromt wird. In der Haltestromphase wird die Zündkerze mit einem zumindest zeitweise konstant gehaltenen Haltestrom versorgt um den einzelnen Wärmeeintrag sozusagen über die besagte Dauer ohne Unterbrechung bereitzustellen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als die Dauer eine Zünddauer eines den einzelnen Wärmeeintrag bewirkenden Zündfunkens herangezogen. Dies ist von Vorteil, da durch einen Zündfunken ein besonders zuverlässiges Bereitstellen des einzelnen Wärmeeintrags erfolgen kann. Mit Hilfe eines geeigneten Zündsystems kann der Zündfunke dabei als besonders lang anhaltender, durchgehender Zündfunken an einer Zündkerze erzeugt werden, anstatt einen kurzen Einzelfunken oder ein Funkenband mit kurzzeitigem Absetzen der Zündfunken und dementsprechend pulsierendem Wärmeeintrag zu verwenden. Durch den lang anhaltenden durchgehenden Zündfunken kann der einzelne Wärmeeintrag besonders unterbrechungsfrei erfolgen und damit eine besonders zuverlässige Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirkt werden.
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Der Zündfunke kann solange gehalten, also mit anderen Worten aufrecht erhalten werden, bis das die Drehbewegung der Kurbelwelle charakterisierende Signal erfasst wird, also bis am Drehzahlsensor, welcher auch als Kurbelwellensensor bezeichnet werden kann, eine Drehbewegung detektiert wird. Die Drehbewegung ist ein Indiz für eine mechanische Arbeit ausgehend von dem Entflammen, also der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Dauer des einzelnen Wärmeeintrags nach Beginn der Drehbewegung der Kurbelwelle bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Kurbelwelle eine Drehung von wenigstens 6 °KW vollzogen hat. Dies ist von Vorteil, da hierdurch mit besonders hoher Sicherheit davon ausgegangen werden kann, dass die Kurbelwelle in Folge der Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Bewegung versetzt, also der Drehbewegung unterzogen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Strom-Zeit-Diagramm, welches einen Funkenstromverlauf einer, einen Wärmeeintrag in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine bewirkenden Zündkerze beim Erzeugen eines Einzelfunkens zeigt;
- 2 ein weiteres Strom-Zeit-Diagramm, welches den Funkenstromverlauf beim Erzeugen eines Einzelfunkens und eines Funkenbandes zeigt;
- 3 ein weiteres Strom-Zeit-Diagramm, welches den Funkenstromverlauf bei einem lang anhaltenden, durchgehenden Zündfunken zeigt; und
- 4 ein weiteres Diagramm, welches ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine in Form eines Einspritzventilspannungsverlaufs, ein Entflammen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum durch Bereitstellen des Funkenstromverlaufs gemäß 3 sowie eine Beschleunigung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine infolge des Entflammens des Kraftstoff-Luft-Gemisches charakterisierenden Kurbelwellwinkelverlauf und einen Zylinderdruckverlauf über der Zeit zeigt.
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1 zeigt einen Funkenstromverlauf 40, weicher auch als Sekundärstromverlauf bezeichnet werden kann, um einen kurzen Einzelfunken zur Entflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einer Verbrennungskraftmaschine zu erzeugen. Zwischen einem Bestromungsbeginn 12, welcher auch den Beginn eines Wärmeeintrags durch den Einzelfunken darstellt und einem Bestromungsende 16, welcher das Ende des Wärmeeintrags darstellt, liegt dabei vorliegend eine Funkendauer von maximal 1 ms (Millisekunde). Der in 2 dargestellte Funkenstromverlauf 40 führt zu einer so genannten Funkenbandzündung mit einer Aneinanderreihung von beispielsweise zehn Einzelfunken, von welchen jeder eine Funkendauer von beispielsweise 1 ms aufweisen kann, wie bereits anhand des Funkenstromverlaufs 40 für den Einzelfunken im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Zwischen dem in 2 gezeigten Bestromungsbeginn 12 und dem Bestromungsende 16 erstreckt sich eine Funkenbanddauer der Funkenbandzündung von vorliegend 10ms.
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Ein Nachteil des kurzen Einzelfunkens (1) oder des mit Pausen versehenen, hinsichtlich des Wärmeeintrags unterbrochenen und impulsartigen Funkenbandes (2) besteht in einer erhöhten Wahrscheinlichkeit beziehungsweise Gefahr einen Optimalzeitpunkt zu verpassen, bei welchem optimale Bedingungen für eine Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum vorherrschen.
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Die optimalen Bedingungen für die Entflammung schwanken ständig und besonders stark über der Zeit. Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnis hat sich gezeigt, dass zum Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine der in 3 und 4 gezeigte Funkenstromverlauf 40 besonders günstig ist, um einen zuverlässigen Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine aus dem Stillstand, also eine Beschleunigung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine aus dem Stillstand durch einen einzelnen zündfunkenbedingten Wärmeeintrag anhand eines langen (lang gezogenen) Zündfunkens zu bewirken. Der in 3 gezeigte Funkenstromverlauf 40 charakterisiert diesen besonders langen Funken (Zündfunken), welcher sich über eine Dauer 10 erstreckt, um das Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Zumindest über einen Teil der Dauer 10 erstreckt sich eine Haltestromphase 42, in welcher der Funkenstromverlauf 40 über der Zeit konstant gehalten wird. Die Haltestromphase 42 kann beispielsweise über eine Haltefunktion mittels eines so genannten Boost-Converters vorgegeben werden.
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Die Dauer 10 des zum Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden, einzelnen Wärmeeintrags anhand des durch den Funkenstromverlauf 40 gemäß 3 und 4 erzeugten, langen Zündfunkens mit der Haltefunktion über den Boost-Converter wird in Abhängigkeit von einem, eine Drehbewegung der Kurbelwelle charakterisierenden Signals eines der Kurbelwelle zugeordneten Drehzahlsensors eingestellt. Der Drehzahlsensor, welcher auch als Kurbelwellensensor bezeichnet werden kann, erfasst einen in 4 gezeigten Kurbelwinkelverlauf 60. Die Dauer 10 des einzelnen Wärmeeintrags in Folge des Zündfunkens erstreckt sich nach Beginn der Drehbewegung der Kurbelwelle bis zu einem Zeitpunkt 20, bei welchem die Kurbelwelle eine Drehung von wenigstens 6°KW vollzogen hat. Mit anderen Worten wird der lange gehaltene Zündfunken aufrechterhalten, bis der Beginn der Drehbewegung (Drehbeginn) der Kurbelwelle bei der Drehung der Kurbelwelle um 6°KW durch den Drehzahlsensor detektiert wird. Die Dauer 10 erstreckt sich somit bis zu dem Zeitpunkt 20, bei welchem die Randbedingungen für das Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfüllt sind inklusive des anschließenden Entflammens. Das Entflammen kann auch als Entflammung bezeichnet werden.
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Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum gemäß einer Kraftstoffeinspritzung 70, welche in 4 in Form einer Dreifacheinspritzung erfolgt, bewirkt. Der Kraftstoffeinspritzung 70 ist ein charakteristischer Einspritzventilspannungsverlauf 30 zugeordnet. Nach erfolgtem Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches ergibt sich ein für den Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine und damit für die Beschleunigung der Kurbelwelle aus dem Stillstand charakteristischer Zylinderdruckverlauf 50.
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Durch das vorliegende Verfahren kann eine verbesserte Entflammung einer Erstverbrennung beim Wiederstart (Direktstart) unter schwierigen Randbedingungen eingeleitet werden, sodass trotz schlechter Kraftstoff-Luft-Gemischhomogenisierung und fehlender Ladungsbewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowie trotz für die Entflammung ungünstiger stöchiometrischer Verhältnisse (fette Gemischbereiche) an der Zündkerze und deren Umgebung das Entflammen des Kraftstoff-Luft-Gemisches zuverlässig erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dauer
- 12
- Bestromungsbeginn
- 16
- Bestromungsende
- 20
- Zeitpunkt
- 30
- Einspritzventilspannungsverlauf
- 40
- Funkenstromverlauf
- 42
- Haltestromphase
- 50
- Zylinderdruckverlauf
- 60
- Kurbelwinkelverlauf
- 70
- Kraftstoffeinspritzung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1464834 A1 [0003]
- EP 2382387 B1 [0004]
