DE19608340A1 - Verfahren zur Bestimmung, ob vor dem Starten einer Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung erfolgt ist - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestim­ mung, ob vor dem Starten einer Brennkraftmaschine eine Brenn­ kraftmaschinen-Vorheizung erfolgt ist.

Eine derartige Bestimmung kann sich beispielsweise, aber bei weitem nicht ausschließlich bei Verwendung eines externen (d. h. von außen am Brennkraftmaschinenblock, beispielsweise im Bereich zwischen Krümmer und Anlasser vorgesehenen) Block­ heizers als notwendig erweisen.

Der besagte Blockheizer dient zur Erwärmung eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine bei sehr niedrigen Umgebungstemperatu­ ren und soll damit das Starten der Brennkraftmaschine er­ leichtern und deren Betrieb in der Nachstartphase stabilisie­ ren helfen.

Die Erwärmung lediglich des Kühlmittels bewirkt nur eine lo­ kale (partielle) Erwärmung der Brennkraftmaschine mit der Folge, daß unter anderem beispielsweise die Brennraumtempera­ tur und die Öltemperatur wesentlich geringer sein können als die Kühlmitteltemperatur.

Die Kühlmitteltemperatur wird jedoch üblicherweise als Brenn­ kraftmaschinentemperatur der Steuerung der Zusammensetzung und/oder der Menge eines einem Brennraum einer Brennkraftma­ schine zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Gemisches und/oder der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zugrundegelegt.

Dies bedeutet, daß die Brennkraftmaschinensteuerung unter Um­ ständen von einer Temperatur ausgehen kann, die nicht der Temperatur der für die Steuerung in erster Linie maßgeblichen Teile der Brennkraftmaschine, d. h. der Temperatur des Brenn­ raumes, des Schmiermittels, des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Ver­ sorgungssystems etc. entspricht, sondern möglicherweise er­ heblich höher liegt.

Dieser Umstand kann sich wiederum nachteilig auf die Festle­ gung der zuzuführenden Kraftstoffmenge durch die Brennkraft­ maschinensteuerung auswirken.

Da die Festlegung der zuzuführenden Kraftstoffmenge nämlich in Abhängigkeit von der (mit der Kühlmitteltemperatur gleich­ gesetzten) Brennkraftmaschinentemperatur erfolgt, ist das zu­ geführte Luft-Kraftstoff-Gemisch im Fall einer erfolgten Brennkraftmaschinen-Vorheizung zu mager.

Beim Betrieb eines Blockheizers ist es daher erforderlich, vorübergehend eine erhöhte Kraftstoffmenge zuzuführen.

Damit dies nicht generell, d. h. auch bei nicht vorgeheizter Brennkraftmaschine geschieht, ist es wünschenswert, die er­ höhte Kraftstoffmengenzufuhr vom Betrieb eines gegebenenfalls vorhandenen Blockheizers, d. h. einer Durchführung einer Brennkraftmaschinen-Vorheizung abhängig zu machen.

Verfahren, die zur Durchführung einer derartigen Bestimmung geeignet sind, und insbesondere solche Verfahren, durch die sich eine solche Bestimmung gleichermaßen einfach und zuver­ lässig bewerkstelligen läßt, sind bislang jedoch nicht be­ kannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welches auf einfache Weise und zuverlässig die Be­ stimmung ermöglicht, ob vor dem Starten der Brennkraftmaschi­ ne eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung erfolgt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchten Merkmale gelöst.

Demnach ist vorgesehen, daß bei längerem Stillstand der Brennkraftmaschine vor dem Starten derselben und bei einer eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung möglich erscheinen las­ senden Außentemperatur auf die Durchführung einer Brennkraft­ maschinen-Vorheizung rückgeschlossen wird, wenn eine Diffe­ renz zwischen einer Brennkraftmaschinentemperatur und einer Ansauglufttemperatur einen vorbestimmten Mindestwert über­ steigt.

Das Vorliegen einer Differenz zwischen der Brennkraftmaschi­ nentemperatur und der Ansauglufttemperatur beim Starten der Brennkraftmaschine ist bei längerem Stillstand der Brenn­ kraftmaschine vor dem Starten derselben und bei einer eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung möglich erscheinen lassenden Außentemperatur ein sicheres Anzeichen dafür, daß eine Brenn­ kraftmaschinen-Vorheizung stattgefunden hat.

Hätte keine Brennkraftmaschinen-Vorheizung stattgefunden, müßte bei dem betrachteten stationären Zustand die Brenn­ kraftmaschinentemperatur ungefähr gleich der Ansauglufttempe­ ratur sein.

Die erfindungsgemäße Bestimmung ist einfach, d. h. ohne oder jedenfalls ohne wesentlichen technischen Mehraufwand durch­ führbar, weil ausschließlich oder wenigstens hauptsächlich ohnehin vorhandene Sensoren und Steuereinheiten verwendbar sind.

Es wurde mithin ein Verfahren geschaffen, welches auf einfa­ che Weise und zuverlässig die Bestimmung ermöglicht, ob vor dem Starten der Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschinen- Vorheizung erfolgt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand dessen Anwendung bei einer Brennkraftmaschine zur Verwendung als Mo­ tor in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Die Erfindung ist je­ doch nicht auf die Anwendung bei derartigen Brennkraftmaschi­ nen beschränkt, sondern ist auf beliebige Brennkraftmaschinen mit beliebigem Verwendungszweck anwendbar.

Dem Motor ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die unter allen Bedingungen einen optimalen Betrieb des Motors gewähr­ leisten soll.

Zu diesem Zweck werden die Zusammensetzung und/oder die Menge des zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Gemisches und/oder der Zün­ dung des Luft-Kraftstoff-Gemisches unter fortlaufender Be­ rücksichtigung einer Motortemperatur und einer Ansauglufttem­ peratur und deren Veränderungen gesteuert.

Zur Messung der Motortemperatur wird ein Motortemperatursen­ sor verwendet, der in einen Kühlmittelkreislauf (ins Kühlwas­ ser) des Motors ragt und dessen Temperatur annimmt und als Meßergebnis ausgibt.

Zur Messung der Ansauglufttemperatur wird ein Ansauglufttem­ peratursensor verwendet, der im Ansaugkanal vorgesehen ist und die Temperatur der zur Bildung eines Luft-Kraftstoff-Ge­ misches angesaugten Luft als Meßergebnis ausgibt.

Das Starten des Motors ist bei sinkenden Außentemperaturen selbst bei Verwendung einer an derartige Temperaturverhält­ nisse anpaßbaren Motorsteuerung zunehmend mit Schwierigkeiten verbunden.

Wie eingangs bereits angedeutet wurde, kann aus diesem Grund insbesondere bei Fahrzeugen zur Verwendung in sehr kalten Regionen im Inneren der Brennkraftmaschine, an der Brennkraftmaschine oder in der Nähe derselben eine (Motor )Heizeinrichtung vorgesehen sein. Eine derartige Heizeinrichtung hat die Aufgabe, den Motor bei sehr niedrigen Außentemperaturen vor dem Start des Motors (vorzugsweise elektrisch) zu erwärmen, um den Start des Motors und dessen Betriebseigenschaften in der Nachstartphase zu verbessern.

Als derartige Heizeinrichtung wird im folgenden ein sogenann­ ter Blockheizer näher betrachtet, der außen am Motorblock an­ gebracht ist und diesen von dort aus aufheizt.

Die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf Fälle beschränkt, in denen ein Blockheizer als die ge­ nannte Heizeinrichtung verwendet wird. Die nachfolgenden Er­ läuterungen und Feststellungen gelten in entsprechender Weise auch für jede beliebige andere Heizeinrichtung, die in der Lage ist, den Motor vorzuheizen. Möglich Alternativen und/oder Ergänzungen zum Blockheizer sind beispielsweise ein im Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf des Motors angeord­ netes Heizelement wie ein Tauchsieder oder dergleichen, ja sogar eine vom Motor getrennt anordenbare externe Heizquelle.

Auch die Verwendung eines Blockheizers oder dergleichen kann jedoch insbesondere in der Nachstartphase keinen optimalen Betrieb des Motors gewährleisten, sofern nicht die in der Nachstartphase des Motors zugeführte (eingespritzte) Kraft­ stoffmenge in Abhängigkeit von einer momentanen oder vorher­ gehenden Aktivierung des Blockheizers erfolgt.

Genauer gesagt ist es, wenn ein Blockheizers oder dergleichen vor dem Starten des Motors aktiviert war, zur Erzielung eines optimalen Betriebes des Motors in der Nachstartphase erfor­ derlich, eine erhöhte Kraftstoffmenge zuzuführen.

Der Grund hierfür liegt - wie eingangs bereits angedeutet wurde und nachfolgend detaillierter erläutert werden wird - darin, daß der Blockheizer den Motor nur partiell, genauer gesagt in erster Linie das Kühlwasser und die in der Umgebung des Kühlwasserkreislaufes liegenden Teile des Motors erwärmt.

Dies hat nämlich zur Folge, daß die gemessene Motortemperatur (die Kühlwassertemperatur) nicht der Temperatur derjenigen Motorteile entspricht, auf die zur Durchführung eines optima­ len Motorbetriebs in erster Linie abzustellen ist.

Hat nun der Teil des Motors, dessen Temperatur für die Motor­ steuerung von wesentlicher Bedeutung ist (d. h. insbesondere die Brennräume, das Schmiermittel und das Luft-Kraftstoff- Gemisch-Versorgungssystem etc.) eine Temperatur, die von der Temperatur des Teils des Motors, an dem die Motortemperatur gemessen wird, verschieden ist, so geht - sofern nicht eine entsprechende Korrektur vorgenommen wird - die Motorsteuerung von Eingangsgrößenwerten aus, die mit den eigentlich relevan­ ten Werten zumindest teilweise nicht übereinstimmen.

So ist beispielsweise für den Fall, daß die gemessene Motor­ temperatur höher als die Temperatur des Brennraums und dessen Umgebung liegt, das zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Regel zu mager, weil beim Starten des Motors und in der Nach­ startphase mit sinkender Motortemperatur ein erhöhter Kraft­ stoffbedarf vorliegt.

Die Berücksichtigung einer gegebenenfalls vorgenommenen par­ tiellen Erwärmung des Motors während dessen Stillstandes (Motor-Vorheizung) bei der Motorsteuerung eröffnet der Steuereinrichtung die Möglichkeit, von der fehlenden oder eingeschränkten Eignung der gemessenen Motortemperatur zur Motorsteuerung Kenntnis zu erlangen und korrigierend einzu­ greifen.

Eine derartige Korrektur kann sich im Ergebnis beispielsweise darin äußern, daß in der Nachstartphase des Motors eine er­ höhte Kraftstoffmenge, d. h. ein fetteres Luft-Kraftstoff- Gemisch zugeführt (einspritzt) wird. Hierauf besteht jedoch keine Einschränkung. Es können alternativ oder zusätzlich be­ liebige andere Maßnahmen ergriffen werden, die dazu beitra­ gen, durch den Betrieb des Blockheizers verursachte Fehl­ steuerungen des Motors zu eliminieren oder auszugleichen; insbesondere kann auch in die Zündung des Luft-Kraftstoff- Gemisches korrigierend eingegriffen werden.

Der korrigierende Eingriff kann beispielsweise dadurch be­ wirkt werden, daß die gemessene Motortemperatur korrigiert wird oder daß in der Steuereinrichtung entsprechend verän­ derte Meßwertauswertungen (Berechnungen, Zuordnungen etc.) vorgenommen werden.

Auf derart korrigierende Eingriffe besteht jedoch keine Ein­ schränkung; als korrigierender Eingriff kommt vielmehr jede beliebige Maßnahme in Frage, die in der Lage ist, als nicht oder nur eingeschränkt zur Steuerung geeignet erkannte Meß­ werte einer eine optimale Motorsteuerung gestattenden Verar­ beitung und/oder Verwendung zu unterziehen.

Die gefundene Lösung für die aus einer nur partiellen Motor­ erwärmung resultierende Probleme ist nicht nur bei der Ver­ wendung eines Blockheizers, sondern unabhängig von Art und Positionierung einer gegebenenfalls vorhandenen Heizquelle immer dann vorteilhaft einsetzbar, wenn mit einer nur parti­ ellen, d. h. unterschiedlich starken Vorerwärmung des Motors während dessen Stillstandes zu rechnen ist.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß es zur Erzielung eines optimalen Betriebs des Motors erforderlich ist, zuverlässig zu ermitteln, ob der Blockheizer oder eine Heizeinrichtung mit vergleichbarer Wirkung aktiviert ist oder war bzw. ob die Brennkraftmaschine während deren Stillstandes partiell erwärmt wurde.

Diese Ermittlung erfolgt beim vorliegenden Ausführungsbei­ spiel unter Abarbeitung des in der Figur dargestellten Ab­ laufplans.

Die dort veranschaulichte Ermittlung kann unter Zuhilfenahme von im Motor vorgesehenen Sensoren, d. h. ohne Vorsehen zu­ sätzlicher Elemente, vorgenommen werden.

Zu diesem Zweck heranziehbare Sensoren sind der eingangs be­ reits erwähnte Motortemperatursensor und der ebenfalls be­ reits erwähnte Ansauglufttemperatursensor.

Durch diese Sensoren sind folgende, für die Ermittlung, ob die Brennkraftmaschine während deren Stillstandes partiell erwärmt wurde, verwendbare Meßgrößen qualitativ und quantita­ tiv erfaßbar.

Durch den Motortemperatursensor ist eine Start-Motortempera­ tur tmotst, d. h. die Motortemperatur (Kühlwassertemperatur) ungefähr zum Zeitpunkt des Startens des Motors (beispielsweise beim Einschalten der Spannungsversorgung des Motors) meßbar.

Durch den Ansauglufttemperatursensor sind eine Ansauglufttem­ peratur tans, und eine Abstell-Ansauglufttemperatur tansab, d. h. die Ansauglufttemperatur ungefähr zum Zeitpunkt des letzten Abstellens des Motors meßbar.

Die genannten Meßgrößen werden zur Ermittlung, ob die Brenn­ kraftmaschine während deren Stillstandes partiell erwärmt wurde, wie in der Figur veranschaulicht ausgewertet.

In einem ersten Schritt S1 wird überprüft, ob die Differenz zwischen der Start-Motortemperatur tmotst und der Ansaugluft­ temperatur tans größer als ein erster Schwellenwert DTMBH ist, der beispielsweise 30 K betragen kann.

Wenn dies der Fall ist, hat der Motor (das Kühlwasser) eine gegenüber der Umgebung des Motors vergleichsweise hohe Tempe­ ratur. Da diese erhöhte Temperatur nicht von der demgegenüber kühleren Umgebung verursacht worden sein kann, ist dies ein Indiz dafür, daß eine Motor-Vorheizung stattgefunden hat. Folglich schreitet der Ablauf dann, wenn die genannte Bedin­ gung erfüllt ist, zu Schritt S2 weiter, wo eine weitere Be­ dingung zur Ermittlung, ob eine Motor-Vorheizung stattgefun­ den hat, überprüft wird.

Andernfalls, d. h. wenn die Bedingung in Schritt S1 nicht er­ füllt ist, liegt keine partielle Erwärmung des Motors vor, und die Überprüfung kann mit dem Ergebnis, daß keine Motor- Vorheizung (kein Blockheizen) erfolgt ist, beendet werden.

In Schritt S2 wird überprüft, ob die Ansauglufttemperatur kleiner als ein zweiter Schwellenwert TANBH ist, der bei­ spielsweise -5°C betragen kann.

Wenn dies der Fall ist, ist die den Motor umgebende Luft (die Außentemperatur) relativ kühl. Bei geeigneter Wahl des zwei­ ten Schwellenwertes kann hieraus gefolgert werden, daß ein gegebenenfalls vorhandener Blockheizer aktiviert sein oder aktiviert gewesen sein und die Ursache für die in Schritt S1 festgestellte Motortemperaturerhöhung sein könnte. Folglich schreitet der Ablauf dann, wenn die genannte Bedingung er­ füllt ist, zu Schritt S3 weiter, wo eine weitere Bedingung zur Ermittlung, ob eine Motor-Vorheizung stattgefunden hat, überprüft wird.

Andernfalls, d. h. wenn die Bedingung in Schritt S2 nicht er­ füllt ist, ist der Betrieb eines gegebenenfalls vorhandenen Blockheizers aufgrund der zu hohen Außentemperatur ausge­ schlossen, und die Überprüfung kann mit dem Ergebnis, daß keine Motor-Vorheizung (kein Blockheizen) erfolgt ist, been­ det werden.

In Schritt S3 wird überprüft, ob eine Differenz zwischen der Ansauglufttemperatur tans und der Abstell-Ansauglufttempera­ tur tansab kleiner als ein dritter Schwellenwert DTANBH ist, dessen Wert kleiner oder gleich einer Konstanten K (beispielsweise null) ist.

Wenn dies der Fall ist, kann daraus gefolgert werden, daß die in Schritt S1 festgestellte Motortemperaturerhöhung nicht daraus resultiert, daß der Motor noch nicht lange abgestellt ist (der Motor nach dessen Abstellen noch nicht vollständig abgekühlt ist) . Da für die in Schritt S1 festgestellte Tempe­ raturerhöhung nur der Betrieb des Motors selbst oder eine Vorheizeinrichtung verantwortlich sein können, bedeutet dies zugleich, daß eine Vorheizung des Motors durch einen Block­ heizer oder dergleichen erfolgt ist.

Die Überprüfung, ob eine Motor-Vorheizung erfolgt ist, kann in diesem Fall, da alle Anzeichen dafür sprechen, mit dem Er­ gebnis beendet werden, daß dies tatsächlich der Fall ist.

Andernfalls, d. h. wenn die Bedingung in Schritt S3 nicht er­ füllt ist, kann davon ausgegangen werden, daß die in Schritt S1 festgestellte Motortemperaturerhöhung durch den Betrieb des Motors selbst verursacht wurde (weil er erst kurze Zeit zuvor abgestellt wurde), und die Überprüfung kann mit dem Er­ gebnis, daß keine Motor-Vorheizung (kein Blockheizen) erfolgt ist, beendet werden.

Die beschriebene Ermittlung des Umstandes, ob die Brennkraft­ maschine während deren Stillstandes partiell erwärmt wurde, ist auf die angegebene Weise einfach, d. h. ohne oder mit ver­ nachlässigbarem technischen Mehraufwand und zuverlässig er­ mittelbar.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die für den ersten, den zweiten und den dritten Schwellenwert DTMBH, TANBH und DTANBH angegebenen Zahlenwerte nur zur Erläuterung dienende beispielhafte Angaben sind. Es besteht jedoch keine Ein­ schränkung auf die genannten Werte; diese sind vielmehr ent­ sprechend den jeweiligen Gegebenheiten frei festlegbar.

Ferner ist auch die Reihenfolge der Überprüfung der Bedingun­ gen bzw. der Auswertung der z. T. zu genau definierten Zeit­ punkten erfaßten Meßwerte nicht auf die angegebene be­ schränkt. Sie ist vielmehr beliebig abänderbar.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bestimmung, ob vor dem Starten einer Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung er­ folgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei längerem Still­ stand der Brennkraftmaschine vor dem Starten derselben und bei einer eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung möglich er­ scheinen lassenden Außentemperatur auf die Durchführung einer Brennkraftmaschinen-Vorheizung rückgeschlossen wird, wenn eine Differenz zwischen einer Brennkraftmaschinentemperatur und einer Ansauglufttemperatur einen vorbestimmten Mindest­ wert übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, ob eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung durch eine ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine erwärmende Heiz­ einrichtung erfolgt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die Heizeinrichtung eine im oder am Brennkraftmaschinenblock wir­ kende Heizquelle ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschinentemperatur durch einen in ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine ragenden Temperatursensor erfaßt wird, der die Kühlmitteltemperatur mißt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ansauglufttemperatur durch einen im Luftansaugkanal vorgesehenen Temperatursensor erfaßt wird, der die Temperatur der zur Bildung eines Luft-Kraft­ stoff-Gemisches angesaugten Luft mißt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die zur Differenzbildung herangezo­ gene Brennkraftmaschinentemperatur und die Ansauglufttempera­ tur jeweils ungefähr zum Zeitpunkt des Startens der Brenn­ kraftmaschine gemessene Temperaturen sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß von einer eine Brennkraftmaschinen- Vorheizung möglich erscheinen lassenden Außentemperatur aus­ gehbar ist, wenn die Ansauglufttemperatur einen vorbestimmten Ansauglufttemperatur-Schwellenwert unterschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Ansauglufttemperatur-Schwellenwert eine Brenn­ kraftmaschinen-Umgebungstemperatur repräsentiert, bei deren Unterschreiten eine Brennkraftmaschinen-Vorheizung vor dem Starten der Brennkraftmaschine aktiviert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß von einem längerem Stillstand der Brennkraftmaschine vor dem Starten derselben ausgehbar ist, wenn eine Differenz zwischen der Ansauglufttemperatur beim Starten der Brennkraftmaschine und der Ansauglufttemperatur beim letzten Abstellen der Brennkraftmaschine einen vorbe­ stimmten Stillstands-Schwellenwert unterschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Stillstands-Schwellenwert ein Wert verwendet wird, der kleiner oder gleich null ist.