DE19941539C1 - Verfahren zum Motorstart bei mit Benzin-Direkteinspritzung betriebenen Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylinderbänken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Motorstart bei mit Benzin-Direkteinspritzung betriebenen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, die in mehrere Zylinderbänke eingeteilt sind und pro Zylinderbank je ein Hochdruck-Einspritzsystem aufweisen. Während einer ersten Phase (A) wird wenigstens jeweils eine Einspritzung in die Zylinder einer ersten Zylinderbank entsprechend deren normaler Zündfolge und keine Einspritzung in die Zylinder der restlichen Zylinderbänke ausgeführt. In einer darauffolgenden zweiten Phase (B) wird auch in die Zylinder der anderen Zylinderbank oder -bänke eingespritzt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Motorstart bei mit Benzin-Direkteinspritzung betriebenen Kraftstoffverbrennungsmotoren, die in mehrere Zylinderbänke unterteilt sind und pro Zylinderbank je ein Hochdruckeinspritzsystem aufweisen.

Eine derartige Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken ist aus der FR-PS 21 86 067 bekannt, und zwar insbesondere aus den dortigen Fig. 6 und 7.

Die Benzin-Direkteinspritzung wird bei einem im Kraftfahrzeug verwendeten Ottomotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem ausgeführt. Der für eine optimale Verbrennung in den Zylindern notwendige hohe Druck muss nach jedem Motorstart erst über einige Sekunden hinweg aufgebaut werden. Deshalb erfolgt der eigentliche Startvorgang bei einem wesentlich niedrigeren Vordruck der Elektro-Kraftstoffpumpe.

Beim Kaltstart des Motors mit niedrigem Vordruck sind jedoch sehr große einzuspritzende Kraftstoffmengen notwendig, um eine sichere Verbrennung zu gewährleisten. Diese Verbrennung ist jedoch nicht optimal und es entsteht ein hoher Kraftstoffverbrauch mit entsprechend hohen Abgasemissionen. Die ersten Kaltstart-Einspritzvorgänge sorgen aufgrund der großen Kraftstoffmengen, die dem Hochdruckrail entnommen werden, für einen sehr langsamen Aufbau des Hochdrucks. In der frühen Startphase liegt der Druck im Hochdruckrail aufgrund der Druckverluste zwischen der Elektro-Kraftstoffpumpe und dem Hochdruckrail sogar unterhalb des Vordrucks.

Da die Drehzahl während den ersten Verbrennungen rasch zunimmt, verkürzt sich auch die Zeit, die für die folgenden Einspritzungen zur Verfügung steht. Dadurch kann die gewünschte große Kraftstoffmenge nicht rechtzeitig vor der jeweiligen Zündung eingespritzt werden; die entsprechend kleinere eingespritzte Kraftstoffmenge verbrennt nicht sicher und es kann zu Aussetzern mit entsprechender Verschlechterung der Abgaszusammensetzung kommen. Damit wird eine stetige Drehzahlzunahme verhindert und es kann abwechselnd zu Drehzahleinbrüchen und -anstiegen kommen, bis nach einigen Sekunden die Drehzahl stabil und der Startvorgang beendet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum schnellen und sicheren Motorstart von Benzin- Direkteinspritzungsverbrennungsmotoren mit mehreren Zylinderbänken anzugeben, durch das die oben aufgezeigten Mängel, wie langsamer Aufbau des Hochdrucks, hoher Kraftstoffverbrauch, hohe Abgasemissionen und die Gefahr von Aussetzern vermindert bzw. vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung und mit mehreren Zylinderbänken und je einem Hochdrucksystem pro Zylinderbank der Startvorgang zunächst nur auf einer Zylinderbank mit Kraftstoffvordruck eingeleitet wird.

Danach können die weiteren Zylinderbänke mit höherem Kraftstoffdruck zugeschaltet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet folgende mögliche Ausführungen:

Grundsätzlich kann bei jeder Motorbauart individuell festgelegt werden, ob bzw. wann jedes einzelne Einspritzventil während einer Kaltstartphase einspritzen soll.

Beispiele

• a) Beim Mehrbank-Motor kann je nach Anforderung ein- oder mehrmals in alle Zylinder einer ersten Zylinderbank eingespritzt werden und dann ein- oder mehrmals in alle Zylinder der restlichen Zylinderbänke und anschließend in alle Zylinder aller Zylinderbänke gemäß der normalen Zündfolge, wobei, wie gesagt, individuell festgelegt werden kann, in welche Zylinderbank als erstes eingespritzt wird und wie die Reihenfolge der Zylinderbänke ist, in die daraufhin eingespritzt wird.
• b) Beim Mehrbank-Motor kann, je nach Anforderung ein- oder mehrmals in alle Zylinder einer ersten Zylinderbank und anschließend in alle Zylinder gemäß der normalen Zündfolge eingespritzt werden, wobei auch hier individuell festgelegt werden kann, welche Zylinderbank die erste sein soll.
• c) Beim Mehrbank-Motor kann, je nach Anforderung, nacheinander in verschiedene Zylinderbänke eingespritzt werden und danach erst in alle Zylinder aller Zylinderbänke gemäß der normalen Zündfolge, wobei die Reihenfolge der Zylinderbänke, in die eingespritzt wird, prinzipiell frei wählbar ist oder je nach Motorbauart individuell festgelegt werden kann. Innerhalb dieser Abfolge kann auch gleichzeitig in mehrere Zylinderbänke eingespritzt werden.

Weiterhin können beim Mehrbank-Motor Zeitpunkt, Häufigkeit und Reihenfolge der Einspritzungen in einzelne Zylinderbänke in Abhängigkeit vom jeweils gemessenen Kraftstoffhochdruck festgelegt werden. Gegebenenfalls kann dies bei jedem Startvorgang individuell festgelegt werden.

Zusätzlich kann zu dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren, bei dem das Kraftstoff-Hochdrucksystem entsprechend den Motorbänken unterteilt und eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Einspritz-Ausblendstrategie zum Kaltstart ausgeführt wird, zum schnelleren Kaltstart und schnelleren Hochdruckaufbau und gleichzeitig geringerem Kraftstoffverbrauch und geringerer Abgasemission auch ein variables Railvolumen oder eine variable Fördercharakteristik der Elektro-Hochdruckpumpe beitragen.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt schematisch und graphisch die Einspritzfolge gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motorstartverfahrens, angewendet auf einen in zwei Bänke unterteilten Achtzylindermotor,

Fig. 2 zeigt in gleicher Weise die Einspritzfolge eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motorstartverfahrens,

Fig. 3 zeigt in gleicher Weise die Einspritzfolge eines dritten Ausführungsbeispiels des Motorstartverfahrens gemäß der Erfindung, angewendet auf einen in vier Bänke unterteilten Achtzylindermotor,

Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines zur Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motorstartverfahrens ablaufenden Programms, und

Fig. 5 veranschaulicht in Form eines Flussdiagramms ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindunsgemäßen Motorstartverfahrens.

In Fig. 1 ist graphisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Darin ist in Abszissenrichtung die Zünd/Einspritzfolge und in Ordinatenrichtung von oben nach unten die Zylinderfolge eines in zwei Zylinderbänke I und II unterteilten Achtzylinder-Verbrennungsmotors mit Benzin- Direkteinspritzung dargestellt. Jeder der beiden Zylinderbänke ist ein eigener Kraftstoffhochdruckspeicher zugeordnet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird in der ersten Phase A mehrmals in alle Zylinder der Bank I (erste Zylinderbank) in der üblichen Zünd/Einspritzfolge 1-3-4-2, dann in der Phase B mehrmals in die Zylinder 5-8 der Bank II (zweite Zylinderbank) in der Zünd/Einspritzfolge 6-5-7-8 und schließlich in alle Zylinder 1-8 beider Zylinderbänke I und II in der normalen Zünd/Einspritzfolge 1-6-3-5-4-7-2-8 eingespritzt.

Das in Fig. 1 graphisch dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 in Form eines die Verfahrensschritte dieses Ausführungsbeispiels veranschaulichenden Flussdiagramm dargestellt. In Fig. 4 sind auch die beiden Phasen A und B des Motorstartverfahrens angegeben. Entsprechend der Fig. 4 kann das Verfahren auch auf mehr als zwei Zylinderbänke angewendet werden.

Fig. 2 zeigt graphisch die Zünd/Einspritzfolge eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motor- Startverfahrens für einen zwei Zylinderbänke I und II aufweisenden Achtzylinder-Verbrennungsmotor mit Benzin- Direkteinspritzung. Jeder Zylinderbank ist wiederum ein separater Kraftstoffhochdruckspeicher zugeordnet. Wieder sind, wie schon in Fig. 1, in Abszissenrichtung die Zünd/Einspritzfolge und in Ordinatenrichtung von oben nach unten die Zylinderfolge dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird in Phase A mehrmals in alle Zylinder der ersten Zylinderbank I in der Zündfolge 1-3-4-2 und dann in Phase B in alle Zylinder 1-8 gemäß der normalen Zündfolge 1-6-3-5-4-7-2-8 eingespritzt.

Schließlich veranschaulicht Fig. 3 graphisch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem beispielhaft von einem in vier Zylinderbänke I-IV unterteilten Achtzylinder-Verbrennungsmotor mit Benzin- Direkteinspritzung und separaten Kraftstoffhochdruckspeichern ausgegangen wird. Zunächst wird in Phase A in die erste Zylinderbank I, dann in Phase B gleichzeitig in die Zylinderbänke II und IV, anschließend in die Zylinderbank III und schließlich in alle acht Zylinder sämtlicher Zylinderbänke I-IV gemäß der normalen Zünd/Einspritzfolge eingespritzt.

Wie erwähnt, ist die Reihenfolge der Zylinderbänke, in die die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ablaufenden Einspritzungen erfolgen, prinzipiell frei wählbar. Deshalb kann das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel in folgender Weise abgewandelt werden: z. B. kann zunächst in Bank II, dann in Bank I, dann in Bank III und IV und dann in alle vier Zylinderbänke, oder z. B. zunächst in Bank IV, dann in die Bänke I und II und dann in alle vier Bänke gemäß der normalen Zünd/Einspritzfolge eingespritzt werden.

Eine weitere Alternative ist die individuelle Festlegung, z. B. bei jedem Startvorgang, des Zeitpunkts, der Häufigkeit und der Reihenfolge der Einspritzungen in einzelne Zylinderbänke abhängig vom jeweils anliegenden Kraftstoff- Hochdruck. Die beiliegende Fig. 5 veranschaulicht die zuletzt erwähnte Alternative in Form eines Verfahrensschritte darstellenden Flussdiagramms. Erfindungsgemäß wird in einer ersten Phase A nur in eine Zylinderbank entsprechend der Zündfolge dieser Bank eingespritzt. Dann wird der Druck im Rail der anderen Zylinderbank oder der anderen Zylinderbänke erfasst und ein Vergleich ausgeführt, ob dieser Druck größer als ein Schwellwert ist. Dabei kann der Schwellwert eine Funktion der Temperatur des Motors sein. Wenn die im zweiten Schritt durchgeführte Abfrage ein positives Ergebnis liefert, d. h., wenn der Druck im Rail der anderen Zylinderbank oder der anderen Zylinderbänke größer als der Schwellwert ist, erfolgt in einer Phase B die Einspritzung und Zündung auch auf der anderen Zylinderbank oder den anderen Zylinderbänken entsprechend der Zündfolge der jeweiligen Zylinderbank. Wenn das Ergebnis der Abfrage im zweiten Schritt negativ ist, wird weiter nur in die Zylinder der ersten Zylinderbank entsprechend der Zündfolge derselben eingespritzt und gezündet.

Wenn ein Reihenmotor mindestens fünf Zylinder aufweist, kann dessen Kraftstoff-Hochdrucksystem im Sinne der Erfindung unterteilt und dann entsprechend der erfindungsgemäßen Verfahrensstrategie zunächst in jeden zweiten Zylinder eingespritzt werden. Jeder zweite Zylinder entspricht dann einer ersten Zylinderbank. Danach kann in alle Zylinder gemäß der normalen Zündfolge eingespritzt werden.

Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Motorstartverfahren einen schnellen und sicheren Motorstart bei in mehrere Zylinderbänke eingeteilten Verbrennungsmotoren mit Benzin- Direkteinspritzung dadurch ermöglicht, dass auf das Startsignal hin eine Einspritzung zunächst in die Zylinder nur einer Zylinderbank erfolgt. Somit haben die ersten Einspritzvorgänge mehr als doppelten zeitlichen Abstand. Der Drehzahlanstieg erfolgt daher zunächst langsamer, zumal zusätzliche Reib- und Pumparbeit für die restlichen, geschleppten Zylinderbänke aufgebracht werden muss. Alle zur Sicherstellung der Verbrennung in den Zylindern der ersten Zylinderbank erforderlichen großen Kraftstoffmengen können aufgrund des langsamen Drehzahlanstiegs mit höherer Zuverlässigkeit eingespritzt werden, d. h. dass eine geringere Aussetzerwahrscheinlichkeit vorhanden ist.

Währenddessen kann in den anderen Zylinderbänken sehr schnell Druck aufgebaut werden, da hier keine Einspritzvorgänge und dadurch keine Druckeinbrüche stattfinden.

Nach einmaliger oder mehrmaliger Einspritzung in alle Zylinder der ersten Zylinderbank spritzen nun ausschließlich die Einspritzventile der bisher nur mitgeschleppten Zylinderbänke ein. Alternativ können, wie beschrieben, auch nach einmaliger oder mehrmaliger Einspritzung in die Zylinder der ersten Bank, auch Einspritzungen in sämtliche Zylinder aller Zylinderbänke erfolgen und zwar in der normalen Zünd/Einspritzfolge. Da die Zylinder der zunächst mitgeschleppten Zylinderbänke aufgrund des bereits erhöhten Drucks kleinere Kraftstoffmengen einspritzen, bewirken sie keine großen Druckeinbrüche in ihrem bankspezifischen Hochdrucksystem, sie tragen zu einer schnellen Drehzahlerhöhung bei. Die kleineren Kraftstoffmengen können trotz stetiger Drehzahlzunahme mit hoher Wahrscheinlichkeit vollständig eingespritzt und gezündet werden.

Während in die Zylinder der zuerst mitgeschleppten Zylinderbänke eingespritzt wird, kann im Hochdrucksystem der ersten Zylinderbank der Hochdruck rasch aufgebaut werden, da nun hier keine Einspritzvorgänge und keine Druckeinbrüche stattfinden.

Nachdem in alle Zylinder einmalig eingespritzt wurde, laufen alle Einspritzvorgänge gemäß der normalen Zündfolge in sehr rascher Folge bei hohem Druck und kleinen Kraftstoffmengen ab.

Insgesamt kann die gewünschte Motorleerlaufdrehzahl schneller erreicht werden, der Startvorgang wird also verkürzt und erfolgt mit geringerem Benzinverbrauch. Hierdurch werden auch die Abgasemissionen beim Startvorgang gesenkt und die Gefahr von Aussetzern verringert.

Das erfindungsgemäße Motorstartverfahren, bei dem das Kraftstoff-Hochdrucksystem entsprechend der Einteilung in mehrere Zylinderbänke unterteilt ist, kann auch z. B. bei ein Reihen-Sechszylindermotor, der mit zwei Hochdrucksystemen ausgerüstet ist, angewendet werden.

Ein insgesamt schnellerer Kaltstart bei schnellerem Hochdruckaufbau, ein geringerer Kraftstoffverbrauch und geringere Abgasemissionen lassen sich zusätzlich zu dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Motorstartverfahren dadurch erreichen, dass entweder das Railvolumen variabel ist, indem z. B. das Railvolumen beim Startbeginn klein ist und erst später größer wird, oder indem die Pumpenfördergeschwindigkeit oder -menge variabel ist, indem die Pumpe beim Startbeginn sehr viel oder sehr schnell fördert und erst später langsamer wird oder weniger fördert.

Claims (10)

1. Verfahren zum Motorstart bei mit Benzin- Direkteinspritzung betriebenen Verbrennungsmotoren insbesondere für Kraftfahrzeuge, die in mehrere Zylinderbänke eingeteilt sind und pro Zylinderbank ein Hochdruck-Einspritzsystem aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Phase (A) wenigstens jeweils eine Einspritzung in die Zylinder einer ersten Zylinderbank und keine Einspritzung in die Zylinder der restlichen Zylinderbänke ausgeführt wird, und dass in einer darauffolgenden zweiten Phase (B) auch in die Zylinder einer anderen Zylinderbank eingespritzt wird.

2. Motorstartverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase (B) ein oder mehrmals ausschließlich in die Zylinder der anderen Zylinderbank oder -bänke und nicht in die Zylinder der ersten Zylinderbank eingespritzt wird, und dass danach in alle Zylinder aller Zylinderbänke eingespritzt wird.

3. Motorstartverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase (B) und danach in alle Zylinder aller Zylinderbänke eingespritzt wird.

4. Motorstartverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Motor wenigstens drei Zylinderbänke aufweist, in der zweiten Phase (B) nacheinander in verschiedene der anderen Zylinderbänke und unmittelbar darauf und weiterhin in alle Zylinder aller Zylinderbänke eingespritzt wird.

5. Motorstartverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Zylinderbänke, in die eingespritzt wird, frei wählbar ist.

6. Motorstartverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, die Häufigkeit und/oder die Reihenfolge der Einspritzungen in einzelne Zylinderbänke in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Kraftstoffhochdruck gesteuert oder geregelt werden.

7. Motorstartverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, die Häufigkeit und/oder die Reihenfolge der Einspritzungen bei jedem Startvorgang individuell festgelegt werden.

8. Steuerelelement, insbesondere Read-Only-Memory oder Flash-Memory, für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist.

9. Steuergerät für eine mit Benzin-Direkteinspritzung betriebene Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die mehrere Zylinderbänke und pro Zylinderbank ein Hochdruck-Einspritzsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät während einer ersten Phase (A) wenigstens jeweils eine Einspritzung in die Zylinder einer ersten Zylinderbank und keine Einspritzung in die Zylinder der restlichen Zylinderbänke ausführbar ist, und dass durch das Steuergerät in einer darauffolgenden zweiten Phase (B) auch in die Zylinder einer anderen Zylinderbank einspritzbar ist.

10. Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die mehrere Zylinderbänke und pro Zylinderbank ein Hochdruck- Einspritzsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Steuergerät während einer ersten Phase (A) wenigstens jeweils eine Einspritzung in die Zylinder einer ersten Zylinderbank und keine Einspritzung in die Zylinder der restlichen Zylinderbänke ausführbar ist, und dass durch das Steuergerät in einer darauffolgenden zweiten Phase (B) auch in die Zylinder einer anderen Zylinderbank einspritzbar ist.