-
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 Gesichtspunkten 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 erzielen. Eine gegenüber
Normalbetrieb verlängerte
Ansteuerung einer Kraftstoffzumesseinrichtung erfolgt auch beim sogenannten
Heissstart, d. h. einem Motorstart, bei dem zu befürchten ist,
dass sich im Kraftstoffversorgungssystem Dampfblasen angesammelt
haben.
-
Bei
bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird die vom Motor anzusaugende
Luftmenge in der Startphase wie auch bei Normalbetrieb von der Stellung
des Fahrpedals bestimmt. Zur angesaugten Luftmenge wird eine gewisse
Kraftstoffmenge zugemessen, und zwar nach den vorstehend genannten Gesichtspunkten.
-
Aus
der
DE 42 19 142 A1 ist
eine elektronische Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit
einer Betriebszustands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines
Betriebszustands eines Motors bekannt, welche eine Benzinmenge oder
einen Zündzeitpunkt
des Motors in Übereinstimmung
mit dem Betriebszustand steuert, welche umfasst: eine Einschwingbetriebszustands-Erfassungseinrichtung zum
Erfassen eines Einschwingbetriebszustands des Motors; eine Benzineigenschafts-Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Benzineigenschaft; und eine Korrektureinrichtung
zum Korrigieren der Benzinmenge oder des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung
mit der Benzineigenschaft im transienten Betriebszustand.
-
Trotz
dieser Massnahmen stellen sich immer wieder Schwierigkeiten beim
Motorstart ein. Es bestand daher das Problem, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum besonders zuverlässigen 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 Kraftstoff
so zugemessen wird, dass sich ein optimal zündfähiges Gemisch einstellen soll,
sondern es wird zusätzlich
die Luftzufuhr vorgegeben, d. h. der Fahrer hat keine Möglichkeit,
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
zugeführt
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 möglichst
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 eingespritzte
Kraftstoffmenge (über
die integrierte Einspritzzeit) zu messen, kann auch die Gesamtzeitdauer
der Startversuche 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 Kurbelwellenumdrehungen 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 erläutert. Es
zeigen: 1 ein Vorrichtungs/Funktions-Diagramm
eines erfindungsgemäßen Systems;
und 2 ein Flußdiagramm
für ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 veranschaulicht
sowohl ein erfindungsgemäßes Verfahren
als auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Als Sammelbegriff für ”Verfahren
und Vorrichtung” wurde
vorstehend der Begriff ”System” verwendet.
-
Vorrichtungsmäßig zeigt 1 schematisch einen
Ottomotor 10 mit Luftzumeßeinrichtung 11, Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 12 und
Zündeinrichtung 13,
eine Luftsteuerwert-Bestimmungseinrichtung 14, eine Kraftstoff-Steuerwert-Bestimmungseinrichtung 15,
eine Zündwinkel-Bestimmungseinrichtung 16,
eine Steuereinrichtung 17 und eine von der Steuereinrichtung 17 angesteuerte
Umschalteinrichtung 18 mit einem Luftsteuerwertumschalter 18.1,
einem Kraftstoff-Steuerwert-Umschalter 18.2, einem Zündwinkel-Umschalter 18.3 und
einem Umschaltrelais 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 Ausgangssignale 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 können.
-
Nachdem
der Anlasser erstmals nach Einschalten der Zündung betätigt wurde, wird in einem Schritt
s1 (2) untersucht, ob die Motordrehzahl n des Motors 10 eine
Schwellendrehzahl überschritten hat.
Diese liegt bei typischerweise etwa 700 U/min, wird jedoch häufig abhängig von
der Motortemperatur ϑ MOT so gewählt, daß sie zu tieferen Temperaturen
hin zunimmt, und zu höheren
Temperaturen hin abnimmt. Wenn die Motordrehzahl die Schwellendrehzahl überschritten
hat, wird in einem Schritt s2 auf Normalbetrieb umgeschaltet. 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
(2) die Luftzufuhr unterbunden, was in 1 einer
Stellung der Umschalter 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 Ventile dauernd geschlossen gehalten werden, was gewährleistet,
daß im
zeitlichen Mittel keinerlei Luftpumparbeit zu verrichten ist. Ist
der Motor mit einem Drosselsystem ausgerüstet, 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 Expansionsarbeit
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 zweckmäßig, den
Motor erst mit derjenigen Drehzahl in Schwung zu bringen, die der
Drehzahl entspricht, die vom Anlasser bewerkstelligt werden kann.
Es handelt sich hier typischerweise 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 Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 aus,
daß kein Kraftstoff
eingespritzt werden soll, und Block 16.A gibt die Information
an die Zündeinrichtung 13,
daß nicht
gezündet
werden soll.
-
Sobald
der Motor mit möglichst
wenig Luftpumparbeit in Schwung gekommen ist, d. h. sobald in Schritt
s3 festgestellt wird, daß die
Mindestdrehzahl überschritten
ist, wird in einem Schritt s5 untersucht, ob die Zahl der Kurbelwel lenumdrehungen
seit Beginn des Startvorgangs eine Schwellenumdrehungszahl überschritten
hat. Die Umdrehungszahl N wird in einem gesonderten Ablauf dauernd
erfaßt,
der in 2 nicht dargestellt ist. Da gemäß dem bisherigen Beschreibungsablauf
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 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-Einspritzeinrichtung 12 bzw. der Zündeinrichtung 13 abhängig von
aktuellen 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 Wiederholen der Schritte s1,
s3, s5 und s6 wird schließlich
in Schritt s5 festgestellt, daß die
Zahl der Kurbelwellenumdrehungen seit Beginn des Startvorgangs die
Schwellenumdrehungszahl 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 Luftzumeßeinrichtung 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 Umständen
auch noch völliges Öffnen einer
Bypassleitung, falls eine solche vorhanden ist. Im Fall eines Motors
mit variabler 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 Bewegung in Ausstoßrichtung
umgekehrt verfahren wird.
-
Der
Block 15.C liefert über
den Kraftstoff-Steuerwert-Umschalter 18.2 die Information
an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12, daß kein Kraftstoff
eingespritzt werden soll. Entsprechend gibt der Block 16.C über den
Zündwinkel-Umschalter 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 Kontakte 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 umgeschaltet, was in 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 Winkel 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 Beispiel
für einen
auf λ =
1 gereglten 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 während der
Startphase die Luftzufuhr unabhängig
vom Fahrerwunsch gesteuert wird, können noch weitere Funktionen
verknüpft
sein. Z. B. kann jeder Startversuch für eine vorgegebene Zeitspanne
verboten werden, sobald die Batteriespannung 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
Anlaufphase mit möglichst
geringer Luftpumparbeit des Motors und/oder die Funktion der Trocknung
des Motors bei möglichst hohem
Luftdurchsatz.