EP1464834A1 - Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1464834A1 EP04100978A EP04100978A EP1464834A1 EP 1464834 A1 EP1464834 A1 EP 1464834A1 EP 04100978 A EP04100978 A EP 04100978A EP 04100978 A EP04100978 A EP 04100978A EP 1464834 A1 EP1464834 A1 EP 1464834A1
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    • F02N11/0814—Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop

Definitions

  • the present invention relates to a method for optimization the ignition of an air-fuel mixture for direct starts a spark-ignition internal combustion engine with fuel injection.
  • Such starting methods are known and for example in DE 197 41 294 A1 and DE 197 43 492 A1.
  • she are an integral part of a start-stop strategy for the internal combustion engine and come mainly in city operations for use (stop and go). They serve to save fuel and avoiding or reducing pollutant emissions.
  • the present invention is based on the object Procedure for optimizing the ignition energy for direct starts one spark ignition internal combustion engine with fuel injection specify.
  • a corrected value for the ignition energy is determined and the Ignition of the air-fuel mixture with an ignition energy according to this corrected value.
  • the pressure in the combustion chamber is the first commissioned cylinder comparatively low.
  • This reduced pressure compared to normal operating conditions in the combustion chamber leads to other combustion properties and / or operating states of the internal combustion engine.
  • Through the correction function provided according to the invention it ensures that for each direct start the optimal ignition energy is provided, which is special is important for the first combustion in the first in Commissioned cylinder.
  • the method according to the invention is for every type of ignition system including flame beam, plasma and laser ignition systems suitable. However, it is preferably used in conjunction with coil ignition systems with electrical ignition coil and spark plug used.
  • coil ignition systems that of Ignition coil to be delivered to the spark plug by the properties and charging time of the ignition coil determined. Because the coil properties are unchangeable, is therefore usually the charging time of the ignition coil is used to change the ignition energy.
  • standard value and corrected value for the ignition energy a standard value and corrected value of the charging time of the ignition coil used.
  • the predefined correction function can be any correction function be how to correct and adjust others Operating parameters of internal combustion engines are generally known is.
  • the correction function can one additively or multiplicatively linked to the standard value Correction value or from an interpolation two maps obtained during calibration exist.
  • the The simplest case is one of the operating parameters of the internal combustion engine independent correction function, e.g. B. a fixed multiplicative or additive correction value, used.
  • the Correction function of pressure and / or temperature of the air-fuel mixture dependent in the combustion chamber of the internal combustion engine is.
  • the method according to the invention ensures that the right ignition energy for direct starts a safe ignition of the air-fuel mixture is provided to trigger self-sustaining combustion. In the case of a coil ignition system, this is achieved by the invention intended correction of the charging time of the ignition coil reached. In addition to a perfect ignition and The mixture according to the invention burns the mixture The protection of the ignition coil against overheating is also achieved. Another advantage of the method according to the invention is that it is extremely simple from the electronic Operating control unit (EMS) can be carried out can. Even if the correction function is adapted to pressure and / or temperature of the mixture in the combustion chamber is only one relatively low computing effort of the electronic operating control device required.
  • EMS Electronic Operating control unit
  • curve a represents a voltage signal which requests a specific charging of an ignition coil (not shown) of a spark-ignition internal combustion engine with fuel injection.
  • the charging of the ignition coil thus begins at time t 1 and ends at time t 2 .
  • Curve b shows the energy generated in the ignition coil, which according to curve c is emitted to the spark plug (not shown) in an energy surge in order to generate a corresponding ignition spark.
  • the time period t 2 - t 1 thus represents the charging time TD (dwell time) of the ignition coil, which determines the size of the energy stored in the ignition coil.
  • time period t 2 - t 1 represents the standard value for the charging time IP_TD in normal operation of the internal combustion engine.
  • this standard value is corrected according to the invention (normally increased) in order to ensure that the air-fuel mixture is properly ignited despite the comparatively low pressure in the combustion chamber.
  • the correction function used for this exists, for example from a fixed correction factor.
  • B the default value for the loading time 3 milliseconds and the correction factor 1.5
  • the corrected loading time is 4.5 milliseconds.
  • FIG. 1 shows that the corrected (increased) loading time at a corresponding one Increases the energy generated in the ignition coil leads.
  • Fig. 2 illustrates for this an embodiment in which an additive Correction factor of the temperature and pressure in the Combustion chamber depends.
  • IP TD the loading time the ignition coil during normal operation of the internal combustion engine entered.
  • charging time TD the ignition coil uses the default value IP_TD.
  • IP_TD becomes the Corrected loading time with an additive correction value IP_TD_COR.
  • This additive correction value becomes apparent during calibration extracted map 5 in which the correction value over temperature and pressure (inputs 3 and 4) is applied.
  • the one obtained in step 6 by addition corrected loading time TD is then at output 1 for the purpose of further Processing available.

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Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für jeden Direktstart (Instant-Start) aus einem Standardwert (IP_TD) für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion (5) ein korrigierter Wert (IP_TD_COR) für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung.
Unter einem Direktstart, im englischen als "Instant-Start" oder "Fast-Start" bezeichnet, versteht man den Startvorgang einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung ohne Benutzung eines herkömmlichen elektrischen Anlassers. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt der Wiederstart dadurch, dass in einen Zylinder eine bestimmte Kraftstoffmenge unter Druck eingespritzt wird, der Kraftstoff mit der im Zylinder befindlichen Luft ein zündfähiges Gemisch bildet, dieses Gemisch durch einen Zündvorgang (üblicherweise den Funken einer Zündkerze) zur Explosion gebracht und die Brennkraftmaschine durch das dabei entstehende Drehmoment in Gang gesetzt wird.
Derartige Startverfahren sind bekannt und beispielsweise in der DE 197 41 294 A1 und DE 197 43 492 A1 beschrieben. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil einer Start-Stopp-Strategie für die Brennkraftmaschine und kommen vor allem im Stadtbetrieb zum Einsatz (Stop and Go). Sie dienen der Kraftstoffersparnis und der Vermeidung bzw. Verminderung von Schadstoffemissionen.
Es versteht sich, dass zum Herbeiführen eines Direktstarts ganz bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen. Eine dieser Bedingungen ist, für eine einwandfreie Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu sorgen. Es ist bekannt, dass die zum Erzeugen eines zufriedenstellenden Zündfunkens erforderliche Zündenergie von dem Druck und der Turbulenz im Brennraum ab hängt. Während eines Direktstarts sind jedoch Druck und Turbulenz im Brennraum deutlich verschieden von denen während eines normalen Betriebs der Brennkraftmaschine. Die bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine eingesetzte Zündenergie führt daher bei einem Direktstart möglicherweise nur zu unbefriedigenden Ergebnissen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Optimieren der Zündenergie für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren gemäß der Erfindung gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für jeden Direktstart aus einem im Normalbetrieb verwendeten Standardwert für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ein korrigierter Wert für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt.
Während Direktstarts ist der Druck im Brennraum des als ersten in Betrieb genommenen Zylinders vergleichsweise niedrig. Dieser gegenüber normalen Betriebszuständen verringerte Druck im Brennraum führt zu anderen Verbrennungseigenschaften und/oder Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. Um die Verbrennung und Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu verbessern, muss daher normalerweise eine größere Zündenergie als bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine aufgebracht werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Korrekturfunktion wird sichergestellt, dass für jeden Direktstart die optimale Zündenergie bereitgestellt wird, was besonders wichtig ist für die erste Verbrennung im ersten in Betrieb genommenen Zylinder.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jede Art von Zündsystemen einschließlich Flammstrahl-, Plasma- und Laser-Zündsystemen geeignet. Vorzugsweise wird es jedoch in Verbindung mit Spulenzündsystemen mit elektrischer Zündspule und Zündkerze verwendet. Bei Spulenzündsystemen wird die von der Zündspule an die Zündkerze abzugebende Energie durch die Eigenschaften und Ladezeit der Zündspule bestimmt. Da die Spuleneigenschaften unveränderlich sind, wird daher üblicherweise die Ladezeit der Zündspule zum Ändern der Zündenergie verwendet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden daher als Standardwert und korrigierter Wert für die Zündenergie ein Standardwert und korrigierter Wert der Ladezeit der Zündspule verwendet.
Die vorgegebene Korrekturfunktion kann irgendeine Korrekturfunktion sein, wie sie zum Korrigieren und Anpassen anderer Betriebsparameter von Brennkraftmaschinen grundsätzlich bekannt ist. So kann die Korrekturfunktion beispielsweise aus einem mit dem Standartwert additiv oder multiplikativ verknüpften Korrekturwert oder auch aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder bestehen. Im einfachsten Fall wird eine von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine unabhängige Korrekturfunktion, z. B. ein fester multiplikativer oder additiver Korrekturwert, verwendet. Zwecks Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Korrekturfunktion von Druck und/oder Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine abhängig ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass bei Direktstarts jeweils die richtige Zündenergie für eine sichere Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bereitgestellt wird, um eine selbsterhaltende Verbrennung auszulösen. Dies wird im Fall eines Spulenzündsystems durch die erfindungsgemäß vorgesehene Korrektur der Ladezeit der Zündspule erreicht. Zusätzlich zu einer einwandfreien Zündung und Verbrennung des Gemisches wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Schutz der Zündspule gegen Überhitzung erreicht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es in extrem einfacher Weise von dem elektronischen Betriebssteuergerät (EMS) durchgeführt werden kann. Selbst bei Anpassung der Korrekturfunktion an Druck und/oder Temperatur des Gemisches im Brennraum ist nur ein relativ geringer Rechenaufwand des elektronischen Betriebssteuergerätes erforderlich.
Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
ein Diagramm, in dem die Spannung V bzw. Energie E einer Zündspule über der Zeit t aufgetragen ist und das zur Erläuterung von mit der Ladezeit einer Zündspule zusammenhängenden Parametern dient, und
Fig. 2
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dem Diagramm der Fig. 1 stellt die Kurve a ein Spannungssignal dar, das eine bestimmte Aufladung einer Zündspule (nicht gezeigt) einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung anfordert. Die Aufladung der Zündspule beginnt somit im Zeitpunkt t1 und endet im Zeitpunkt t2. Die Kurve b gibt hierbei die in der Zündspule erzeugte Energie wieder, welche gemäß der Kurve c in einem Energiestoß an die Zündkerze (nicht gezeigt) abgegeben wird, um einen entsprechenden Zündfunken zu erzeugen.
Die Zeitspanne t2 - t1 stellt somit die Ladezeit TD (dwell time) der Zündspule dar, welche die Größe der in der Zündspule gespeicherten Energie bestimmt.
Es sei angenommen, dass die Zeitspanne t2 - t1 den Standardwert für die Ladezeit IP_TD im Normalbetrieb der Brennkraft maschine darstellt. Für einen Direktstart (Instant-Start) wird dieser Standardwert erfindungsgemäß korrigiert (normalerweise erhöht), um trotz des vergleichsweise niederen Drucks im Brennraum für eine einwandfreie Zündung des Luf-Kraftstoff-Gemisches zu sorgen.
Die hierzu verwendete Korrekturfunktion besteht beispielsweise aus einem festen Korrekturfaktor. Beträgt z. B. der Standardwert für die Ladezeit 3 Millisekunden und der Korrekturfaktor 1,5, so beträgt die korrigierte Ladezeit 4,5 Millisekunden. Dem Diagramm der Fig. 1 lässt sich entnehmen, dass die korrigierte (erhöhte) Ladezeit zu einer entsprechenden Erhöhung der in der Zündspule erzeugten Energie führt.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann die für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzte Korrekturfunktion irgendeine beliebige Korrekturfunktion sein, wie sie zur Korrektur anderer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in großer Vielfalt bekannt sind. Insbesondere können statt eines multiplikativen Korrekturwertes auch ein additiver Korrekturwert, eine Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder usw. verwendet werden.
Zur weiteren Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Korrekturfunktion zu verwenden, die von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von Druck und Temperatur im Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Direktstarts, abhängt. Fig. 2 veranschaulicht hierfür ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein additiver Korrekturfaktur von der Temperatur und dem Druck im Brennraum abhängt.
An einem Eingang 2 wird ein Standardwert IP TD der Ladezeit der Zündspule bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine eingegeben. Wird die Brennkraftmaschine in üblicher Weise mit Hilfe eines elektrischen Anlassers gestartet, so wird als Ladezeit TD der Zündspule der Standardwert IP_TD verwendet.
Bei einem Direktstart wird dagegen der Standardwert IP_TD der Ladezeit mit einem additiven Korrekturwert IP_TD_COR korrigiert. Dieser additive Korrekturwert wird einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld 5 entnommen, in dem der Korrekturwert über der Temperatur und dem Druck (Eingänge 3 und 4) aufgetragen ist. Die im Schritt 6 durch Addition gewonnene korrigierte Ladezeit TD steht dann am Ausgang 1 zwecks weiterer Verarbeitung zur Verfügung.
Auf diese Weise lässt sich für jeden Direktstart die Ladezeit und damit die Zündenergie für den Zündvorgang optimieren, um für eine einwandfreie Zündung des Gemisches, insbesondere bei der ersten Verbrennung zu sorgen, ohne unnötig viel Zündenergie zu verbrauchen. Die sich hieraus ergebenden Vorteile wie einwandfreie Verbrennung, Reduzierung von Schadstoffemissionen, Schutz der Zündspule usw. wurden bereits eingangs erläutert.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, bei dem für jeden Direktstart aus einem im Normalbetrieb verwendeten Standardwert für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ein korrigierter Wert für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion unabhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion abhängig von Druck und/oder Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine bei dem jeweiligen Direktstart ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion aus einem mit dem Standardwert additiv oder multiplikativ verknüpften Korrekturwert besteht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder besteht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Spulenzündsystem mit Zündspule und Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass als Standardwert und korrigierter Wert für die Zündenergie ein Standardwert und ein korrigierter Wert der Ladezeit der Zündspule verwendet werden.
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