EP1336041A1

EP1336041A1 - Verfahren zum einspritzen von kraftstoff während der startphase einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1336041A1
Application number: EP01996679A
Authority: EP
Inventors: Harry SCHÜLE; Klaus Bayerle; Hong Zhang
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-08-20
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: EP1336041B1; US6769412B2; WO2002040848A1; DE10056863C1; DE50110362D1; US20030000501A1

Abstract

Beim Start einer Brennkraftmaschine mit Benzineinspritzung werden zum Aufbau eines Wandfilms in den Zylindern und gleichzeitiger Bereitstellung eines zündfähigen Gemisches für die erste Verbrennung sogenannte Vorabeinspritzer (I) nach einer bestimmten Vorabeinspritzstrategie abgesetzt. Um zu vermeiden, dass die Vorabfüllungen während der Startphase zu fett oder zu mager sind, werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Kraftstoffmengen der Vorabeinspritzer (I) in Abhängigkeit von den zu erwartenden Füllungen der betreffenden Zylinder unterschiedlich gross gewählt.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff während der Startphase einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, beim Start eines Ottomotors die Zylinder je einmal mit einem sogenannten Vorabeinspritzer zu versorgen, um die Zylinderwände zu benetzen und gleichzeitig ein zündfähiges Gemisch für die erste Verbrennung bereitzustellen. Da zu diesem Zeitpunkt noch keine Synchronisation zwischen No- ckenwelle und der Kurbelwelle vorhanden und die Position der Kolben unbekannt ist, ist eine gezielte Vorabeinspritzstrategie erforderlich, um den Ausstoß von unverbranntem Kraftstoff und somit die Schadstoffemissionen während des Starts zu minimieren.

Bei einem aus der EP 0 371 158 Bl bekannten Verfahren werden die Zylinder in Abhängigkeit von den beiden unterschiedlichen Pegeln des Nockenwellensignals in eine erste und eine zweite Zylindergruppe unterteilt. Die Zylinder der ersten Gruppe werden unmittelbar nach einer Starterkennung zeitgleich mit den Vorabeinspritzern (Gruppeneinspritzer) versorgt, während die Vorabeinspritzer für die Zylinder der zweiten Gruppe zeitlich verzögert abgesetzt werden. Hierbei werden die Kraftstoffmengen der Vorabeinspritzer gleich groß gewählt.

Es hat sich nun gezeigt, dass infolge der Gasdynamik im Saugrohr die Luftfüllungen der Zylinder bereits beim Start nicht gleich sind. So werden die ersten Zylinder infolge der im Saugrohr stehenden Luftsäule nicht so gut gefüllt wie die nachfolgenden Zylinder, bei denen die Luft im Saugrohr bereits eine merkliche Strömungsgeschwindigkeit und entsprechende Bewegungsenergie erreicht hat. Die Folge ist, dass die Kraftstoff-Luft-Gemische (Larnbda-Werte) der ersten Vorabfüllungen fetter als die nachfolgenden Vorabfüllungen sind. Dies führt zu erhöhten Schadstoffemissionen in der Startphase, was insbesondere bei schadstoffoptimierten Brennkraftmaschinen zu vermeiden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine mehrzylindrische Brennkraftmaschine anzugeben, bei der in der Startpha- se Kraftstoff-Luft-Gemische mit unterschiedlichen Lambda- Werten weitgehend vermieden werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert .

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Brennkraftmaschine nach dem Abschalten im ausgekuppelten Zustand immer an bestimmten diskreten Positionen stehen bleibt, wobei die Anzahl der diskreten Positionen über zwei Kurbelwellenumdrehungen (760°) der Anzahl der Zylinder entspricht. Im Fall von n Zylindern sind dies somit n Still- stands-Winkelpositionen, die im übrigen gleiche Winkelabstände relativ zueinander haben. Ferner haben Versuche gezeigt, dass das Drehzahlverhalten der Brennkraftmaschine sowie die zeitliche Zuordnung der Öffnung der Einlassventile zu der

Drehzahl während den Startphasen immer ähnlich sind, unabhängig davon, an welcher der diskreten Positionen die Brennkraftmaschine stehen geblieben ist. Somit ergibt sich bei jedem Start im wesentlichen die gleiche Folge unterschiedlicher Luftfüllungen für aufeinanderfolgende Vorabeinspritzer.

Dies erlaubt es, die zu erwartenden Luftfüllungen für die aufeinanderfolgenden Vorabeinspritzer abzuschätzen. Die Kraftstoffmengen der Vorabeinspritzer können daher in Abhän- gigkeit von der Reihenfolge der Vorabeinspritzer und den zu erwartenden Luftfüllungen entsprechend gewählt werden, wobei die zu erwartenden Luftfüllungen nur einmal bestimmt werden müssen und die entsprechenden Werte dann bei jedem Start verwendet werden können. Da die Luftfüllungen in erster Linie von der Drehzahl in der jeweiligen Ansaugphase abhängen, werden die Luftfüllungen vorzugsweise in Abhängigkeit von den zu erwartenden Drehzahlen in den jeweiligen Ansaugphasen bestimmt .

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kraftstoffmengen der Vorabeinspritzer durch Multiplikation einer Standardmenge mit jeweils einem Vorabeinspritzer zugeordneten Gewichtungsfaktoren bestimmt werden. Wenn auch die Gewichtungsfaktoren abgeschätzt werden könnten, werden sie zweckmäßigerweise für jede Baureihe einer Brennkraftmaschine experimentell ermittelt und dann im zentralen Steuergerät abgespeichert.

Wie erwähnt, macht sich die vorliegende Erfindung die Tatsache zunutze, dass die Brennkraftmaschine nach dem Abschalten im ausgekuppelten Zustand immer an bestimmten diskreten Posi- tionen stehen bleibt. Es sei jedoch betont, dass zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich ist, diese Stillstandspositionen zu kennen. Vielmehr ist es für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichend, die Reihenfolge der Vorabeinspritzer zu kennen, um in Abhängigkeit von diesen die Kraftstoffmengen der Vorabeinspritzer vorzugeben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass bereits in der Startphase die Vorabeinspritzer in Mengen abgesetzt werden, die zumindest näherungsweise für die jeweilige Luftfüllung adäquat sind. Somit werden zu fette oder zu magere Kraftstoffluftgemische vermieden, was eine entsprechende Reduzierung der Schadstoffemissionen zur Folge hat.

Anhand der Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine in Form eines Ottomotors mit Benzineinspritzung;

Figur 2 ein Diagramm, in dem über der Zeit Drehzahl-, Nocken- wellen-, Kurbelwellen-, Einspritzventil- und Einlassventil-Signale aufgetragen sind.

Die Figur 1 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch eine Brennkraftmaschine, welche im beschriebenen Ausführungsbei- spiel zu Veranschaulichungszwecken als Vierzylinder-Ottomotor mit Benzineinspritzung ausgebildet ist.

Der Brennkraftmaschine 3 ist in üblicher Weise ein zentrales elektronisches Steuergerät 1 zugeordnet, das die Zündung, Kraftstoffeinspritzung und andere Vorgänge der Brennkraftmaschine steuert. Jedem Zylinder 7 ist mindestens ein Einlassventil 6 und mindestens ein Einspritzventil 2 zugeordnet. Das Einspritzventil 2 spritzt Kraftstoff in das Saugrohr unmittelbar auf den Ventilteller des Einlassventils 6 ab.

Der Kurbelwelle 8 ist ein Kurbelwellensensor 4 mit einem gezahnten Geberrad zugeordnet, das ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal CRK (siehe untere Hälfte der Figuren 2 und 3) erzeugt. Der Nockenwelle 5, die die Einlass- ventile 6 steuert und mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 8 dreht, ist ein Nockenwellensensor 9 zum Erzeugen eines Nockenwellensignals CAM (siehe untere Hälfte der Figuren 2 und 3) zugeordnet. Die Nockenwelle 5 kann relativ zur Kurbelwelle 8 winkelverstellbar sein, was jedoch für das zu beschreibende Verfahren keineswegs erforderlich ist.

In den Figuren 2 und 3, untere Hälfte, sind jeweils das Kurbelwellensignal CRK, das Nockenwellensignal CAM und die Drehzahl N über der Zeit aufgetragen. Jeder Impuls des Kurbelwel- lensignals CRK entspricht einem Zahn des Geberrades, wobei eine doppelte Zahnlücke nach jeweils 60 Zähnen als Synchronisationsimpuls S für jeweils eine volle Umdrehung der Kurbel- ω CO M > F¹ F¹ cπ O Cπ o cπ o Cπ

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Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich grundsätzlich bei beliebigen Vorabeinspritzstrategien einsetzen, beispielsweise auch bei dem Verfahren nach der eingangs diskutierten EP 0 371 158 Bl, bei der die Vorabeinspritzer einer ersten Zylin- dergruppe zeitgleich und die Vorabeinspritzer der zweiten Zylindergruppe zeitlich verzögert abgesetzt werden. Mit besonders gutem Erfolg wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch bei einer Vorabeinspritzstrategie eingesetzt, bei der sämtliche Vorabeinspritzer in zeitlicher Reihenfolge nacheinander abgesetzt werden. Ein Beispiel für eine derartige Vorabeinspritzstrategie wird im folgenden anhand der Figur 2 näher erläutert.

In der unteren Hälfte der Figur 2 sind neben dem Kurbelwel- lensignal CRK und dem Nockenwellensignal CAM die Drehzahl N der Brennkraftmaschine über der Zeit aufgetragen. In der oberen Hälfte der Figur 2 sind für die vier Zylinder 1 bis 4 der Vierzylinder-Brennkraftmaschine die Ansteuersignale IV1 - IV4 für die vier Einspritzventile über der Zeit aufgetragen, wo- bei die vier Vorabeinspritzer I mit II - 14 bezeichnet sind. Außerdem sind die Ansteuersignale EV1 - EV4 für die vier Einlassventile über der Zeit aufgetragen, wobei die Öffnungsimpulse für die Öffnung der Einlassventile mit El - E4 bezeichnet sind. Außerdem sind in den beiden obersten Zeilen der Fi- gur 2 die Impulse für den oberen Totpunkt (TDC1 - TDC4) der vier Zylinder bzw. den oberen Totpunkt (TDC1) des Zylinders 1 dargestellt .

Wie in Figur 2 in Zusammenhang mit der Drehzahl angedeutet, ist für den Start der Brennkraftmaschine eine Starterkennung E vorgesehen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Nockenwellensignal CAM entweder hoch- oder niederpegelig, im Beispiel der Figur 2 niederpegelig. Damit können - z.B. wie bei dem eingangs beschriebenen Verfahren nach der EP 0 371 158 Bl - die Zylinder 1 bis 4 in zwei Gruppen unterteilt werden (im Beispiel der

Figur 2 in eine erste Gruppe mit den Zylindern 3, 4 und einer zweiten Gruppe mit den Zylindern 1, 2) . Außerdem ist hier- co co ro ιo F¹ F¹ cπ o cπ o Cπ O Cπ ω tu CL u cn ! cn cn < S! rt D 1 cn <! CL Q < G N CL CL er cn CL t cn to er CL er F- Φ Φ et d er cπ O O P- Φ Φ P- Φ Φ Φ Φ ω er d : d Φ Φ X) Φ φ rt F rt Φ d

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aufgetreten ist, ist die Brennkraftmaschine synchronisiert, und somit kann eine definierte Reihenfolge der nach dem Synchronisationsimpuls S erfolgenden Vorabeinspritzer von dem zentralen Steuergerät 1 bestimmt werden.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, ergibt sich bei dieser Vorabeinspritzstrategie eine definierte Reihenfolge der nacheinander mit Vorabeinspritzern I versorgten Zylinder, im dargestellten Fall Zylinder 4, Zylinder 1, Zylinder 2 und Zylinder 3. Die Kraftstoffmengen der zugehörigen Vorabeinspritzer 14, II, 12 und 13 werden durch Multiplikation der Standardmenge mit den fest vorgegebenen Gewichtungsfaktoren bestimmt.

Wenn die Brennkraftmaschine an einer der anderen drei mögli- chen Stillstands-Winkelpositionen stehen geblieben ist, so ändert sich zwar die Reihenfolge der mit den Vorabeinspritzern versorgten Zylinder. Da jedoch das Drehzahlverhalten während der Startphase in Relation zu den Ansaugphasen der nacheinander öffnenden Einlassventile im wesentlichen immer gleich bleibt, können die Kraftstoffmengen der aufeinanderfolgenden Vorabeinspritzer I immer mit Hilfe derselben Gewichtungsfaktoren bestimmt werden.

Bei dem oben beschriebenen Vorabeinspritzverfahren handelt es sich nur um ein Beispiel einer Vorabeinspritzstrategie, bei der das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann. Insbesondere sei nochmals hervorgehoben, dass es zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich ist, die Stillstands-Winkelpositionen der Brennkraftmaschine zu kennen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine mehrzy- lindrige Brennkraftmaschine mit

mindestens einem Einspritzventil (2) je Zylinder (7),

einer Nockenwelle (5) zur Betätigung der Einlassventile (6), die mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle (8) umläuft,

einem Kurbelwellensensor (4), der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal (CRK) mit einem Synchronisationsimpuls (S) je Kurbelwellenumdrehung liefert, und

einem zentralen Steuergerät (1), das die Einspritzventile (2) so steuert, dass sie während einer Startphase in einer bestimmten Reihenfolge je einen Kraftstoff-Vorabeinspritzer (I) pro Zylinder (7) und anschließend von dem Steuergerät (1) ermittelte Kraftstoffmengen im normalen sequentiellen Ein- spritzbetrieb einspritzen,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kraftstoffmengen der Vorabeinspritzer (I) in Abhängigkeit von der Reihenfolge der Vorabeinspritzer (I) und den zu erwartenden Luftfüllungen der betreffenden Zylinder (7) unterschiedlich groß vorgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Luft- füllungen in Abhängigkeit von den zu erwartenden Drehzahlen

(N) der Brennkraftmaschine (3) während den jeweiligen Ansaugphasen der betreffenden Zylinder (7) bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kraft- stoffmengen der Vorabeinspritzer (I) durch Multiplikation einer Standardmenge mit vorgegebenen Gewichtungsfaktoren be- stimmt werden, die jeweils einem Vorabeinspritzer (I) zugeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gewichtungsfaktoren für jeweils eine Baureihe von Brennkraftmaschinen experimentell ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gewichtungsfaktoren von dem oder den in der Reihenfolge ersten bis letzten Vorabeinspritzer (I) zunehmend größer werden.