DE4236007A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Starten eines Ottomotors - Google Patents

Description

Das Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors mit Luftzumeßeinrichtung, d. h. eines Ottomotors.

Stand der Technik

In der Motorsteuerungstechnik ist es allgemein üblich, einen Verbrennungsmotor in einer Startphase nach anderen Gesichts­ punkten zu betreiben als in einer Normalbetriebsphase. So wird während der Normalbetriebsphase in erster Linie auf möglichst geringen Schadstoffausstoß geachtet, während in der Startphase solche Werte eingestellt werden, die zu einem möglichst sicheren Starten des Motors führen sollen. So wird z. B. bei Kaltstart das Luft/Kraftstoff-Gemisch relativ stark angefettet, um möglichst gute Zündwilligkeit zu erzie­ len. Eine gegenüber Normalbetrieb verlängerte Ansteuerung einer Kraftstoffzumeßeinrichtung erfolgt auch beim sogenann­ ten Heißstart, d. h. einem Motorstart, bei dem zu befürchten ist, daß sich im Kraftstoffversorgungssystem Dampfblasen an­ gesammelt haben.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird die vom Motor anzusaugende Luftmenge in der Startphase wie auch bei Nor­ malbetrieb von der Stellung des Fahrpedals bestimmt. Zur an­ gesaugten Luftmenge wird eine gewisse Kraftstoffmenge zuge­ messen, und zwar nach den vorstehend genannten Gesichtspunk­ ten.

Trotz dieser Maßnahmen stellen sich immer wieder Schwierig­ keiten beim Motorstart ein. Es bestand daher das Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum besonders zuverlässi­ gen Starten eines Ottomotors anzugeben.

Darstellung der Erfindungen

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale von Anspruch 1, und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale von Anspruch 7 gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß in der Startphase nicht nur der Zündwinkel in anderer Weise als bei Normalbetrieb vorgegeben wird und der Kraft­ stoff so zugemessen wird, daß sich ein optimal zündfähiges Gemisch einstellen soll, sondern es wird zusätzlich die Luftzufuhr vorgegeben, d. h. der Fahrer hat keine Möglich­ keit, den Luftmassestrom durch Verstellen des Fahrpedals zu beeinflussen.

Vorzugsweise wird die Luftzufuhr in einer Anlaufphase so eingestellt, daß der Motor möglichst wenig Luftpumparbeit verrichten muß. In diesem Zeitraum wird weder Kraftstoff zu­ geführt noch wird Zündarbeit verrichtet. Erst wenn der Motor die Mindestdrehzahl überschritten hat, werden die Werte für den Luftmassestrom, den Kraftstofffluß und den Zündwinkel so eingestellt, daß sich möglichst großes Drehmoment bei mög­ lichst zündwilligem Gemisch einstellt.

Wenn dem Motor bei Startversuchen eine gewisse Menge Kraft­ stoff zugeführt wurde, ohne daß er zu laufen begonnen hat, ist zu befürchten, daß die Zündkerzen naß werden und damit erfolgreiches Zünden unmöglich wird. Vorzugsweise wird in einem solchen Fall die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und, die Luftzumeßeinrichtung wird so betrieben, daß möglichst viel Luft durch den Motor gepumpt wird. Anstatt die einge­ spritzte Kraftstoffmenge (über die integrierte Einspritz­ zeit) zu messen, kann auch die Gesamtzeitdauer der Startver­ suche oder, am einfachsten, die Zahl der Umdrehungen der Kurbelwelle seit Beginn der Startversuche gemessen werden, und der jeweils erfaßte Wert kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, bei dessen Überschreiten die Maßnahme der Luftspülung eine vorgegebene Anzahl von Kurbelwellenumdre­ hungen vorgenommen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie das erfindungsgemäße Verfahren ausübt. In der Praxis handelt es sich um einen entsprechend programmierten Mikroprozessor.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch die Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Vorrichtungs/Funktions-Dia­ gramm eines erfindungsgemäßen Systems; und Fig. 2 ein Fluß­ diagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 veranschaulicht sowohl ein erfindungsgemäßes Verfah­ ren als auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Als Sammel­ begriff für "Verfahren und Vorrichtung" wurde vorstehend der Begriff "System" verwendet.

Vorrichtungsmäßig zeigt Fig. 1 schematisch einen Ottomotor 10 mit Luftzumeßeinrichtung 11, Kraftstoff-Einspritzeinrich­ tung 12 und Zündeinrichtung 13, eine Luftsteuerwert-Bestim­ mungseinrichtung 14, eine Kraftstoff-Steuerwert-Bestimmungs­ einrichtung 15, eine Zündwinkel-Bestimmungseinrichtung 16, eine Steuereinrichtung 17 und eine von der Steuereinrichtung 17 angesteuerte Umschalteinrichtung 18 mit einem Luftsteuer­ wertumschalter 18.1, einem Kraftstoff-Steuerwert-Umschalter 18.2, einem Zündwinkel-Umschalter 18.3 und einem Umschalt­ relais 18.4.

Jeder der drei Umschalter 18.1, 18.2 und 18.3 verfügt über vier Kontakte A, B, C und D, mit Hilfe derer die Ausgangs­ signale von Blöcken 14.A bis 14.D bzw. 15.A bis 15.D bzw. 16.A bis 16.D an die jeweiligen im Motor 10 befindlichen Einrichtungen 11 bzw. 12 bzw. 13 weitergegeben werden kön­ nen.

Nachdem der Anlasser erstmals nach Einschalten der Zündung betätigt wurde, wird in einem Schritt 51 (Fig. 2) unter­ sucht, ob die Motordrehzahl n des Motors 10 eine Schwellen­ drehzahl überschritten hat. Diese liegt bei typischerweise etwa 700 U/min, wird jedoch häufig abhängig von der Motor­ temperatur ϑMOT so gewählt, daß sie zu tieferen Temperatu­ ren hin zunimmt, und zu höheren Temperaturen hin abnimmt. Wenn die Motordrehzahl die Schwellendrehzahl überschritten hat, wird in einem Schritt s2 auf Normalbetrieb umgeschal­ tet. Andernfalls befindet sich der Motor in der Startphase, und es wird in einem Schritt s3 untersucht, ob er bereits eine Mindestdrehzahl überschritten hat. Wenn dies noch nicht der Fall ist, wird in einem Schritt s4 (Fig. 2) die Luftzu­ fuhr unterbunden, was in Fig. 1 einer Stellung der Umschal­ ter 18.1, 18.2 und 18.3 auf den Kontakten A entspricht. Aus dem Block 14.A werden dann Werte für die Ansteuerung der Luftzumeßeinrichtung 11 ausgelesen, die so gewählt sind, daß der Motor möglichst wenig Luftpumparbeit verrichtet. Bei einem Motor mit variabler Ventilsteuerung auf der Ein- und Auslaßseite bedeutet dies, daß am zweckmäßigsten alle Venti­ le dauernd geschlossen gehalten werden, was gewährleistet, daß im zeitlichen Mittel keinerlei Luftpumparbeit zu ver­ richten ist. Ist der Motor mit einem Drosselsystem ausgerüs­ tet, was derzeit üblich ist, wird die Drosselklappe ganz geschlossen, und es wird auch, falls vorhanden, ein Bypass um die Drosselklappe ganz geschlossen. Dann kann der Motor so gut wie keine Luft ansaugen, wodurch er zwar etwas Expan­ sionsarbeit verrichten muß, die jedoch im Kompressionshub wieder fast ganz gewonnen wird.

Auch die Mindestdrehzahl ist zweckmäßigerweise abhängig von Umgebungsbedingungen und/oder Motorbedingungen gewählt. Wenn der Motor warm ist, ist anzunehmen, daß er bereits bei den ersten Umdrehungen zündet, d. h. schon bei einer Drehzahl, die unter 100 U/min liegen kann. Ist der Motor dagegen kalt, und ist auch die Umgebungstemperatur niedrig, ist es zweck­ mäßig, den Motor erst mit derjenigen Drehzahl in Schwung zu bringen, die der Drehzahl entspricht, die vom Anlasser be­ werkstelligt werden kann. Es handelt sich hier typischerwei­ se um etwa 250 U/min.

Solange die Luftzumeßeinrichtung 11 so eingestellt ist, daß der Motor möglichst wenig Luftpumparbeit verrichtet, gibt der Block 15.A die Information an die Kraftstoffeinspritz­ einrichtung 12 aus, daß kein Kraftstoff eingespritzt werden soll, und Block 16.A gibt die Information an die Zündein­ richtung 13, daß nicht gezündet werden soll.

Sobald der Motor mit möglichst wenig Luftpumparbeit in Schwung gekommen ist, d. h. sobald in Schritt s3 festge­ stellt wird, daß die Mindestdrehzahl überschritten ist, wird in einem Schritt s5 untersucht, ob die Zahl der Kurbelwel­ lenumdrehungen seit Beginn des Startvorgangs eine Schwellen­ umdrehungszahl überschritten hat. Die Umdrehungszahl N wird in einem gesonderten Ablauf dauernd erfaßt, der in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Da gemäß dem bisherigen Beschrei­ bungsablauf der Motor eben erst gestartet wurde, ist die in Schritt s5 abgefragte Bedingung noch nicht erfüllt. Es schließt sich dann ein Schritt s6 an, in dem die Werte für die Luftzufuhr, die Kraftstoffmenge und den Zündwinkel so bestimmt werden, daß sich ein möglichst hohes Drehmoment bei möglichst zündwilligem Gemisch einstellt, wenn der Motor mit den ermittelten Werten betrieben wird. Der Übergang von Schritt s5 auf Schritt s6 entspricht einem Umschalten der Umschalteinrichtung 18 in Fig. 1 durch die Steuerung 17 auf die Kontakte B. Es werden dann aus den jeweiligen Blöcken 14.B, 15.B und 16.B die genannten Werte für die Einstellung der Luftzumeßeinrichtung 11, der Kraftstoff-Einspritzein­ richtung 12 bzw. der Zündeinrichtung 13 abhängig von aktuel­ len Werten von Betriebsparametern ausgelesen, z. B. der Drehzahl, des Drosselklappenwinkels und der Motortemperatur.

Für den weiteren Startverlauf sei angenommen, daß der Motor nicht selbständig zu laufen beginnt. Nach mehrmaligem Wie­ derholen der Schritte s1, s3, s5 und s6 wird schließlich in Schritt s5 festgestellt, daß die Zahl der Kurbelwellenum­ drehungen seit Beginn des Startvorgangs die Schwellenumdre­ hungszahl überschritten hat. Es wird dann ein Schritt s7 erreicht, in dem der Motor für eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen ohne Kraftstoff, aber mit möglichst viel Luft betrieben wird, um die Zündkerzen möglichst gut zu trocknen, um dadurch ein Zünden zu begünstigen, wenn wieder Kraftstoff eingespritzt wird und die Zündung wieder aufgenommen wird. Der Übergang von Schritt s5 auf Schritt s7 entspricht einem Umschalten der Umschalteinrichtung 18 auf die Kontakte C. Der Block 14.C gibt dann solche Werte an die Luftzumeßein­ richtung 11 aus, daß diese möglichst viel Luft für den Motor bereitstellt. Bei einem Motor mit Drosselklappe bedeutet dies z. B. völliges Öffnen der Drosselklappe und unter Um­ ständen auch noch völliges Öffnen einer Bypassleitung, falls eine solche vorhanden ist. Im Fall eines Motors mit variab­ ler Ventilsteuerung sowohl auf der Einlaß- wie auch auf der Auslaßseite werden während jeder Bewegung eines Kolbens in Saugrichtung das zugehörige Einlaßventil geöffnet und das zugehörige Auslaßventil geschlossen, während bei jeder Bewe­ gung in Ausstoßrichtung umgekehrt verfahren wird.

Der Block 15.C liefert über den Kraftstoff-Steuerwert-Um­ schalter 18.2 die Information an die Kraftstoffeinspritzein­ richtung 12, daß kein Kraftstoff eingespritzt werden soll. Entsprechend gibt der Block 16.C über den Zündwinkel-Um­ schalter 18.3 an die Zündeinrichtung 13 die Information aus, daß nicht gezündet werden soll.

Nachdem in Schritt s7 die vorgegebene Anzahl von Umdrehungen überschritten ist, während derer der Motor mit Luft gespült wurde, wird wieder Schritt s1 erreicht. Dieser Übergang von Schritt s7 auf Schritt s1 entspricht einem Umschalten der Umschalteinrichtung von den Kontakten C zurück auf die Kon­ takte B. Es sei angenommen, daß nun der Motor anspringt und nach einigen Durchläufen der Schritte s1, s3, s5 und s6 in Schritt s1 festgestellt wird, daß die Schwellendrehzahl überschritten wurde. Dann wird auf Normalbetrieb umgeschal­ tet, was in Fig. 1 einem Umschalten von den Kontakten B auf die Kontakte D entspricht. Nun wird durch Block 14.D ein Wert zum Einstellen der Luftzufuhr ausgegeben, der vom Win­ kel FPW des Fahrpedals abhängt. Zugehörig zur angesaugten Luftmenge bestimmt der Block 15.D für Kraftstoffzumessung im Normalbetrieb diejenige Kraftstoffmenge, die dem Motor durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 zugeführt werden muß, damit ein Kraftstoff/Luft-Gemisch der Luftzahl 1 (als Bei­ spiel für einen auf λ = 1 geregelten Motor) erreicht wird.

Der Block 16.D stellt einen Zündwinkel ein, wie er z. B. für minimalen Kraftstoffverbrauch erforderlich ist.

Mit den vorstehend beschriebenen Funktionen, bei denen wäh­ rend der Startphase die Luftzufuhr unabhängig vom Fahrer­ wunsch gesteuert wird, können noch weitere Funktionen ver­ knüpft sein. Z. B. kann jeder Startversuch für eine vorge­ gebene Zeitspanne verboten werden, sobald die Batteriespan­ nung unter einen Schwellenwert gefallen ist. Anstatt eine Verknüpfung mit weiteren Funktionen vorzunehmen, kann auch umgekehrt vorgegangen werden, d. h. es können Funktionen weggelassen werden, z. B. die Funktion betreffend die An­ laufphase mit möglichst geringer Luftpumparbeit des Motors und/oder die Funktion der Trocknung des Motors bei möglichst hohem Luftdurchsatz.

Claims (8)

1. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (10) mit Luftzumeßeinrichtung (11) (Ottomotor), bei dem festgestellt wird, ob eine Startphase vorliegt, und bei dem, falls dies der Fall ist, der Zündwinkel und das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis für die Startphase eingestellt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Startphase zusätzlich die Luftzu­ fuhr vorgegeben wird, unbeeinflußbar durch den Fahrer.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellungen der zugeführten Luft- und Kraftstoffmengen und des Zündwinkels so erfolgen, daß sich ein möglichst ho­ hes Drehmoment bei möglichst gut zündfähigem Gemisch abhän­ gig von der Motortemperatur einstellt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftzumeßeinrichtung bis zum Erreichen einer Mindestdrehzahl so betrieben wird, daß der Motor mög­ lichst wenig Luftpumparbeit verrichten muß.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ottomotor mit Drosselklappe als Luftzumeßeinrich­ tung (11) dieselbe bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl ganz geschlossen gehalten wird und auch ein eventuell vor­ handener Leerlauf-Bypass ganz geschlossen wird und in diesem Zeitraum kein Kraftstoff zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ottomotor mit variabler Ventilsteuerung der Ein­ laß- und Auslaßventile diese Ventile bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl dauernd geschlossen gehalten werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Motor nach erfolglosen Startversuchen für eine vorgegebene Zahl von Umdrehungen mit möglichst ho­ hem Luftdurchsatz ohne Kraftstoffzufuhr betrieben wird.

7. Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors (10) mit Luftzumeßeinrichtung (11) (Ottomotor), mit:

• - einer Steuereinrichtung (17) zum Erkennen einer Startphase des Motors;
• - einer Startbetriebs-Einrichtung (14.A-14.C; 15.A-15.C; 16.A-16.C) zum Ausgeben von Einstellwerten an Motorsteuer­ einrichtungen (11, 12, 13) zum Einstellen des Zündwinkels und der Zufuhr von Kraftstoff in einem vorgegebenen Verhält­ nis zur angesaugten Luft während der Startphase; und
• - einer Normalbetriebs-Einrichtung (14.D, 15.D, 16.D) zum Ausgeben von Einstellwerten an die Motorsteuereinrichtungen zum Einstellen des Zündwinkels und der Zufuhr von Kraftstoff in einem vorgegebenen Verhältnis zur angesaugten Luft nach der Startphase;

dadurch gekennzeichnet, daß die Startbetriebseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie in der Startphase die Luftzufuhr unbeeinflußbar durch den Fahrer vorgibt.