DE10318427A1 - Method for starting an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Bei dem sogenannten Instant-Start wird eine Brennkraftmaschine ohne Einsatz eines Anlassers gestartet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die beim Start einzuspritzende Kraftstoffmasse und die Zündparameter anhängig von den Betriebszuständen in der Brennkammer zu berechnen.In the so-called instant start, an internal combustion engine is started without the use of a starter. According to the invention, it is proposed to calculate the fuel mass to be injected at the start and the ignition parameters as a function of the operating states in the combustion chamber.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine ohne Anlasser. Ein solcher Startvorgang wird gelegentlich auch als Instant-Start bezeichnet. Die Brennkraftmaschine besitzt einen oder mehrere Zylinder mit jeweils einem beweglichen Kolben, von denen sich mindestens einer innerhalb eines für den Startvorgang definierten Positionsbereichs befindet.The The present invention relates to a method for starting an internal combustion engine without starter. Such a startup process is sometimes called Called instant start. The internal combustion engine has one or several cylinders, each with a movable piston, of which at least one within one defined for the starting process Position range is located.
Unter „Instant-Start" versteht man bevorzugt den Startvorgang eines mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Ottomotors ohne Benutzung eines konventionellen Anlassers. Nach dem Abstellen des Motors erfolgt ein Wiederstart, in dem in einen der Zylinder eine bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt wird, die mit der im Zylinder befindlichen Luftmenge ein zündfähiges Gemisch bildet. Dieses Gemisch wird durch einen Zündvorgang zur Explosion gebracht und das dabei entstehende Moment setzt den Motor in Gang. Das Verfahren ist wesentlicher Bestandteil einer Start-Stop-Strategie für eine kraftstoffsparende Brennkraftmaschine. Der Instant-Start wird beispielsweise im Stadtbetrieb im Stop-and-Go-Verkehr eingesetzt.“Instant start” is preferably understood to mean the Starting process of a person working with direct fuel injection Gasoline engine without using a conventional starter. To when the engine is switched off, a restart takes place in which the cylinder is injected with a certain amount of fuel forms an ignitable mixture with the amount of air in the cylinder. This The mixture is ignited detonated and the resulting moment sets the engine in progress. The process is an integral part of a start-stop strategy for one fuel-saving internal combustion engine. The instant start is, for example used in city operations in stop-and-go traffic.
Das Verfahren zum Instant-Start kann im wesentlichen dann durchgeführt werden, wenn für den Startvorgang ganz bestimmte Bedingungen vorliegen. Zu diesen Bedingungen gehört beispielsweise eine ausreichende Motorbetriebstemperatur ebenso wie das Kriterium, dass sich der Kolben des Zündzylinders in einer bestimmten Position befindet. Ein Zündvorgang ist grundsätzlich nur bei geschlossenen Ventilen und einer drehrichtungskorrekten Abwärtsbewegung des Kolbens sinnvoll, dass heißt es kommen nur Positionen zwischen Zünd-OT und den anschließend in etwa 180° Kurbelwinkel in Frage. Dieser Bereich wird weiter eingeschränkt, da auch die Bereiche um die Tot punkte wegfallen. Auch ist zu berücksichtigen, dass sich im oberen Totpunkt zu wenig Luft im Zylinder befindet und im unteren Totpunkt kann der Kolben kein Moment mehr an die Kurbelwelle abgeben. Letztlich bleibt nur ein sehr schmales Band im Bereich von ungefähr 90° KW nach Zünd-OT für den Instant-Start übrig.The Instant start procedures can essentially be performed if for the starting process is subject to certain conditions. To this Conditions heard for example, an adequate engine operating temperature as well the criterion that the piston of the ignition cylinder is in a certain Position. An ignition process is fundamental only when the valves are closed and the direction of rotation is correct downward movement of the piston makes sense, that is only positions between ignition TDC and those subsequently coming in about 180 ° crank angle in question. This area is further restricted because the areas around the dead points disappear. It should also be borne in mind that the upper Dead center there is too little air in the cylinder and can be at bottom dead center the piston no longer gives a moment to the crankshaft. Ultimately there remains only a very narrow band in the range of approximately 90 ° KW after ignition TDC for the instant start.
Ebenso entscheidend für einen erfolgreichen Instant-Start wie die richtige Kolbenstellung und damit die richtige Kurbelwellenstellung ist, dass der Kraftstoff in den zu zündenden Zylinder im richtigen Zustand und der richtigen Menge eingebracht wird.As well crucial for a successful instant start like the correct piston position and so the correct crankshaft position is that the fuel in the to be ignited Cylinder inserted in the right condition and the right amount becomes.
Aus
Aus
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, ein Startverfahren, für den Instant-Start einer Brennkraftma schine bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln zuverlässig ist und bei geringen Energieverbrauch wenig Abgase erzeugt.the method according to the invention the task is based on a starting procedure for the instant start to provide an internal combustion engine with simple means reliable and generates little exhaust gas with low energy consumption.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden den Gegenstand der Unteransprüche.According to the Object achieved by a method with the features of claim 1. advantageous Refinements of the method according to the invention form the subject of subclaims.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Starten einer Brennkraftmaschine ohne Anlasser geht davon aus,
dass sich mindestens einer der Kolben innerhalb eines für den Startvorgang
geeigneten Positionsbereich befindet. Eine Steuerung bestimmt in der
Startposition eine Kraftstoffmenge für den einzuspritzenden Kraftstoff,
bevorzugt eine Einspritzzeitdauer für den Kraftstoff und Zündparameter
abhängig von
Betriebszuständen
in den Zylindern. Bei Lösungen
aus dem Stand der Technik, insbesondere bei
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt die Steuerung einen Zylinderinnendruck in mindestens einem der Zylinder. Der Zylinderinnendruck kann modelliert oder gemessen werden. Der Zylinderinnendruck gestattet es, bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge die Luftmasse in dem Brennraum zu berücksichtigen. Mit Hilfe einer Restgasabschätzung kann auch das verbliebene Restgas in der Brennkammer berücksichtigt werden, so dass bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge, die tatsächliche Frischluft berücksichtigt werden kann.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the control determines an internal cylinder pressure in at least one of the cylinders. The cylinder pressure can be modeled or measured. The internal cylinder pressure allows the air mass in the combustion chamber to be taken into account when determining the amount of fuel. With the help of a residual gas estimate, this can also be done remaining gas in the combustion chamber are taken into account, so that the actual fresh air can be taken into account when determining the amount of fuel.
Der für die Berechnung des Zylinderinnendrucks vorgesehene Teil der Steuerung nimmt die Berechnung ebenfalls abhängig von dem Umgebungsdruck und/oder von einer Temperatur der Brennkraftmaschine vor. Bei der Temperatur der Brennkraftma schine kann beispielsweise die Öltemperatur, die Kühlwassertemperatur oder eine Bauteiltemperatur vorgesehen sein. Es ist aber auch denkbar, eine Temperatur aus verschiedenen Temperaturen und Umgebungs- bzw. Betriebsbedingungen zu errechnen.The for the Calculation of the cylinder internal pressure provided part of the control the calculation also depends on the ambient pressure and / or from a temperature of the internal combustion engine. In the Temperature of the internal combustion engine can be, for example, the oil temperature, the cooling water temperature or a component temperature can be provided. But it is also conceivable a temperature from different temperatures and ambient or To calculate operating conditions.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Berechnung des Zylinderinnendrucks abhängig von der seit Stillstand der Brennkraftmaschine verstrichenen Zeit. Hierdurch wird berücksichtigt, dass Druckdifferenzen sich über die Zeit abbauen und Temperaturdifferenzen sich ausgleichen.In a preferred embodiment of the method according to the invention the internal cylinder pressure is calculated depending on the time elapsed since the engine stopped. hereby is taken into account, that pressure differences overlap reduce time and compensate for temperature differences.
Das Zylinderinnendruckmodell berücksichtigt dabei folgende drei Mechanismen des Druckverlustes: Druckverlust an den Ventilen, Druckverlust am Ringspalt des Kolbenringes und Druckverlust am Stoßspalt des Kolbenringes. Der Druckverlust wird bevorzugt als Gasströmung in einem engen Dichtspalt angesehen. Es gilt die Formel The internal pressure model takes into account the following three mechanisms of pressure loss: pressure loss at the valves, pressure loss at the annular gap of the piston ring and pressure loss at the butt gap of the piston ring. The pressure loss is preferably viewed as a gas flow in a narrow sealing gap. The formula applies
Hierbei ist dV/dt der Volumenstrom, welcher durch den Spalt fließt, b ist die Ausdehnung des Dichtspaltes senkrecht zur Druckdifferenz Δp zwischen Brennraum und Umgebung, η die Viskosität der Luft und L die Ausdehnung des Dichtspaltes parallel zur Druckdifferenz. Zusammen mit der Formel für die Dichte eines Mediums wobei hier m die Masse, V das dazugehörende Volumen und p die Dichte darstellt, wird der Masseabfluss über diese Drosselstellen berücksichtigt. Der Druckverlust am Stoßspalt des Kolbenringes wird kann zudem als Drosselvorgang an einer Lochblende berechnet. Auch hier werden die grundsätzlichen physikalischen Zusammenhänge zur Berechnung herangezogen. Einflussgrößen, deren Wert nicht exakt vorherbestimmbar ist, wie z.B. die Dichtwirkung des Öls zwischen Kolbenring und Zylinderwand werden Korrekturfaktoren in Kennfeldern abgelegt und zur Berechnung herangezogen. Zum Auslesen der Kennfelder, werden die zur Verfügung stehenden Eingangsgrößen entsprechend verknüpft.Here dV / dt is the volume flow that flows through the gap, b is the expansion of the sealing gap perpendicular to the pressure difference Δp between the combustion chamber and the environment, η is the viscosity of the air and L is the expansion of the sealing gap parallel to the pressure difference. Together with the formula for the density of a medium where m represents the mass, V the associated volume and p the density, the mass outflow through these throttling points is taken into account. The pressure loss at the butt gap of the piston ring can also be calculated as a throttling process on a pinhole. Here, too, the basic physical relationships are used for the calculation. Influencing factors, the value of which cannot be exactly predetermined, such as the sealing effect of the oil between the piston ring and the cylinder wall, correction factors are stored in characteristic maps and used for the calculation. To read out the characteristic diagrams, the available input variables are linked accordingly.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Zylinderinnendruck ebenfalls anhängig von der aktuellen Kolbenposition bestimmt. Die aktuelle Kolbenposition liefert das Volumen der Brennkammer, so dass zur Verbesserung der Werte für den Zylinderinnendruck es hilfreich ist, diese zu berücksichtigen. Bevorzugt wird der Zylinderinnendruck durch geeignete Verfahren gemessen.In a preferred embodiment, the cylinder pressure is also pending determined by the current piston position. The current piston position delivers the volume of the combustion chamber so that to improve the Values for the cylinder pressure it is helpful to take this into account. Prefers the cylinder internal pressure is measured by suitable methods.
Neben dem vorstehenden Modell zur Druckberechnung ist die Steuerung auch mit einem Modell zur Temperaturberechnung versehen. Die erfindungsgemäße Steuerung berechnet bevorzugt eine Lufttemperatur, der in mindestens einem der Zylinder verbliebenen Luftmasse.Next the control is also the above model for pressure calculation provided with a model for temperature calculation. The control according to the invention preferably calculates an air temperature that is in at least one the cylinder's remaining air mass.
Das Modell zur Berechnung der Gastemperatur basiert dabei auf der Formel für den Wärmeübergang Q = α·A·t·ΔT und auf der Formel für die Erwärmung bzw. Abkühlung eines Körpers Q = c·m·ΔT. Wobei Q die durch die Wärme zugeführte bzw. abgeführte Energie darstellt, A die Größe der Übertragungsfläche, α ist der Wärmeübergangskoeffizient, t die Zeit des Wärmeüberganges, ΔT die Temperaturdifferenz und c bezeichnet die spezifische Wärmekapazität eines Körpers und m die Masse des Körpers. Die Berechnung der notwendigen Größen geschieht bevorzugt über mathematische Operationen oder über die Verknüpfung einzelner Größen mit Kennfeldern.The The model for calculating the gas temperature is based on the formula for the Heat transfer Q = α · AT · ΔT and on the formula for the warming or cooling of a body Q = c · m · ΔT. In which Q the through the heat supplied or dissipated Represents energy, A is the size of the transfer area, α is the Heat transfer coefficient, t the time of heat transfer, ΔT the temperature difference and c denotes the specific heat capacity of a body and m the mass of the body. The The necessary quantities are preferably calculated using mathematical calculations Operations or over The link single sizes with Maps.
Die Berechnung der Lufttemperatur im Brennraum erfolgt abhängig von der Ansauglufttemperatur und/oder einer Temperatur für die Brennkraftmaschine. Auch hier kann wieder auf eine der verschiedenen möglichen Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine zurückgegriffen werden oder es kann anhand unterschiedlicher Temperaturen und sonstiger Betriebszustände eine als Ersatz für die Temperatur der Brennkraftmaschine geeignete Temperatur definiert und berechnet werden. Auch bei der Bestimmung der Umgebungslufttemperatur wird bevorzugt die seit Abschalten der Brennkraftmaschine vergangene Zeitdauer benutzt.The The air temperature in the combustion chamber is calculated depending on the intake air temperature and / or a temperature for the internal combustion engine. Again, one of the different possible options Operating temperatures of the internal combustion engine can be used or it can based on different temperatures and other operating conditions as replacement for the temperature of the internal combustion engine defines a suitable temperature and be calculated. Also when determining the ambient air temperature the one that has passed since the internal combustion engine was switched off is preferred Period used.
Um der erfindungsgemäßen Steuerung die Information zur Verfügung zu stellen, in welchem Zyklus des Startvorgangs sich die Brennkraftmaschine befindet, ist ein Zähler in der Steuerung vorgesehen, der bei jedem Zyklus des Startvorgangs inkrementiert wird.Around the control according to the invention the information is available to determine in which cycle of the starting process the internal combustion engine is located, is a counter provided in the controller, which occurs during each cycle of the starting process is incremented.
Bevorzugt berechnet die Steuerung die Dauer für den Einspritzvorgang. Die Steuerung leitet die Einspritzzeitdauer und im Falle einer mehrfachen Einspritzung zusätzlich zu den jeweiligen Einspritzdauern die Verzögerung zwischen zwei Einspritzvorgängen an eine Einspritzsteuerung weiter.Prefers the controller calculates the duration of the injection process. The Control directs the injection period and in the case of multiple injection additionally the delay between two injection processes at the respective injection periods an injection control further.
Die Steuerung berechnet ebenfalls Parameter zur Ansteuerung der Zündung und leitet diese an eine Zündsteuerung weiter.The controller also calculates parameters ter to control the ignition and forwards this to an ignition control.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Steuerung ein Lambda-Sollwert für das Luft-Kraftstoffgemisch vorgegeben. Die Steuerung arbeitet bevorzugt mit zwei Einspritzvorgängen, von denen ein erster Einspritzvorgang ein leicht mageres Gemisch, vorzugsweise bei einem Lambdawert von ungefähr 1,02–1,10 vorsieht, und ein nachfolgender, zweiter Einspritzvorgang ein fetteres Gemisch an der Zündkerze erzeugt, so dass ein Abgas entsteht, mit einem Lambdawert von Lambda = 1.In In a preferred embodiment, the control becomes a lambda setpoint for the Air-fuel mixture specified. The control works preferentially with two injection processes, a first injection of which is a slightly lean mixture, preferably at a lambda value of approximately 1.02-1.10, and a subsequent, second injection of a richer mixture on the spark plug generated so that an exhaust gas is produced with a lambda value of lambda = 1.
Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:On embodiment for the inventive method is explained in more detail below with reference to the figures. It shows:
Ein
Zylinderdruckmodell
Mit Beginn des Startvorgangs wird ein Zähler (nicht dargestellt) zurückgesetzt, der dazu führt, dass eine Zählervariable (CYC_CPR_IST) an jedem der Module anliegt und mit jedem Zyklus des Startvorgangs hochgezählt wird.With At the beginning of the start process, a counter (not shown) is reset, which leads to that a counter variable (CYC_CPR_IST) is applied to each of the modules and with each cycle of the Startup counted up becomes.
Neben
dem Modell zur Berechnung des Zylinderdrucks ist ein Modell
Die
für die
Modelle
Eine Restgasabschätzung, welche den Restgasanteil aus innerer und externer Abgasrückführung berücksichtigt, kann zur genaueren Bestimmung der in der Brennkammer befindlichen Luftmasse zusätzlich herangezogen werden.A Residual gas assessment which takes into account the residual gas content from internal and external exhaust gas recirculation, can be used for more precise determination of those in the combustion chamber Air mass additionally be used.
In
einem weiteren Modul wird der Sollwert für das Luft-/Kraftstoffgemisch ermittelt. Der Sollwert hängt von
dem in
In
Modell
Die
Einspritzzeitdauer
Die
berechnete Einspritzzeitdauer
Die
Berechnung wird durch ein Anforderungssignal
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