WO2006013168A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine Download PDF

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Uwe Kassner
Jochen Laubender
Andre-Francisco Casal Kulzer
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02N2300/2004—Control related aspects of engine starting characterised by the control method using adaptive control

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an internal combustion engine according to the preamble of the first independent main claim. Furthermore, the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine.
  • start-stop methods are increasingly being used.
  • the engine is started by means of an electric machine, such as an electric motor.
  • Belt or crankshaft starter generator or even a conventional starter typically, the start takes place by a torque of the internal combustion engine being generated when the internal combustion engine is accelerated by injecting fuel and subsequently igniting, the starter being disengaged again when the engine rpm is sufficient.
  • a starting device is known from EP 1 036 928 A2, in which at least one cylinder in compression is identified when the internal combustion engine is switched off, and in the presence of a start request, fuel is injected into this cylinder.
  • the device according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that a detection means detects operating parameters of a Brenn ⁇ engine, wherein a calculation means, taking into account the detected operating parameters before a start of the internal combustion engine sets a starting strategy, wherein the calculating means in dependence on the predetermined starting strategy tax determines variables for controlling an engine run-up, and a control means monitors the engine run-up, and adapts the control variables accordingly in the event of an engine run-up that deviates from the start strategy.
  • the corresponding method according to the invention has the advantage that, before a start of the internal combustion engine taking into account detected operating parameters, a starting strategy for starting the internal combustion engine is predetermined and that control variables for controlling an engine run-up are determined as a function of the predetermined starting strategy and the engine ramp-up is monitored and ei ⁇ nem deviating from the start strategy engine run the control variables are adjusted so that a predetermined by the start strategy engine ramp-up is achieved.
  • This procedure has the particular advantage that even before the start of the internal combustion engine, ie even before the crankshaft is set in motion, a start strategy is set, after which the start and the corresponding engine startup are to take place.
  • the starting strategy can be adapted to the different start conditions which can be determined as a function of the operating parameters, so that the start of the internal combustion engine can be optimally performed. Since control variables are determined even before the start in dependence on the defined starting strategy, the engine run-up to be expected according to the control strategy is advantageously known. If the monitored engine ramp-up deviates from the expected engine ramp-up, it is provided according to the invention to adapt the control variables in such a way that the engine ramp-up takes place so that the starting strategy is optimally implemented.
  • the detection means detects a piston position of at least one cylinder
  • a calculation means prescribes a starting strategy, taking into account the at least one detected piston position, before starting the internal combustion engine.
  • a function of a known piston position of at least one cylinder all further power strokes are to be determined before the start of the start, and thus it is advantageously possible to carry out both the starting strategy and the control variables accordingly. to fit.
  • the detection means detects a piston position of at least one cylinder, which first goes into compression or into a suction stroke at the start, and the calculation means predetermines a starting strategy at least taking into account the detected piston position before starting the internal combustion engine.
  • the piston position of a cylinder that first goes into compression is known in a direct-injection internal combustion engine or if the piston position of the cylinder first going into the intake stroke is known in an internal combustion engine with intake manifold injection
  • the starting strategy can be advantageously adapted to it.
  • it may be provided for example in an unfavorable piston position to dispense with an injection in this cylinder or in the intake manifold in the relevant cycle and set the starting strategy accordingly.
  • a storage means to store the control variables adapted by the control means when the engine is started up, and for the control means, in the event of a repeated engine start-up deviating from the starting strategy, to resort to the stored control variables.
  • a storage means to store the control variables adapted by the control means when the engine is started up, and for the control means, in the event of a repeated engine start-up deviating from the starting strategy, to resort to the stored control variables.
  • the calculation means determines control variables for a valve control in such a way that the engine start-up follows the predetermined starting strategy.
  • the calculation means determines control variables for a valve control in such a way that the engine start-up follows the predetermined starting strategy.
  • the calculation means determines control variables for a compression control in such a way that the engine start-up follows the predetermined start strategy.
  • the calculation means determines control variables for a compression control in such a way that the engine start-up follows the predetermined start strategy.
  • the starting strategy defines control variables which control a starter or starter generator variably in terms of power and / or rotational speed over time. - A -
  • the calculation means recognizes a possible autoignition operating state of the internal combustion engine as a function of the operating parameters detected before the start of the internal combustion engine and specifies a starting strategy which prevents this autoignition operating state. On the basis of the acquired operating parameters, it is advantageously possible to predict a potential auto-ignition operating state and to adapt the default starting strategy so that this operating state is avoided or prevented.
  • the devices according to the invention are also designed as a method
  • a computer program product with program code is provided, the program code being stored on a machine-readable carrier, for carrying out at least one of the methods according to the invention when the program is executed on a computer or control unit.
  • Figure 1 shows schematically the sequence of a start-stop operation
  • Figure 2 shows schematically the monitoring of the motor run-up
  • 3 shows schematically a control device according to the invention.
  • the invention is based on the consideration that, before the internal combustion engine is started, a starting strategy is defined based on detected or determined operating parameters, by means of which control variables for the engine run-up are determined.
  • an absolute angle sensor can be used, which is mounted on the camshaft and / or crankshaft and indicates the instantaneous angular position of the crankshafts.
  • the absolute angle sensor also makes it possible to synchronize the control unit more quickly with the internal combustion engine than is possible with the conventional synchronization methods via reference marks on the crankshaft sensor wheel and / or a phaser wheel on the camshaft.
  • FIG. 1 shows schematically the flow of a start-stop operation according to the invention.
  • the controller is in a pre-start phase.
  • the ignition KLl 5
  • the control unit is regularly connected to the supply voltage. This eliminates the otherwise necessary resynchronization of the controller with the engine at startup and regularly updates the various operating parameters of relevant engine functions.
  • this task can also be taken over only by a special subfunction in the control unit during the stop phase, so that the entire control unit does not always have to be activated.
  • step 20 relevant operating parameters are then detected.
  • the following operating parameters are suitable as input variables, for example: start cylinder, piston position, engine, engine oil, cooling water, intake air, ambient air, catalyst and Fuel temperature, fuel rail, ambient air pressure, fuel quality, battery voltage, valve timing, lift, compression ratio, gear, clutch, throttle position, accelerator pedal, brake pedal position, time, and others.
  • a start strategy is determined based on the control variables for a motor run-up.
  • a starting strategy may, for example, take into account a cold start or a hot start or a start-stop operation or be designed to realize a fast engine run-up or design an engine run-up such that auto-ignition operating states are avoided.
  • step 30 it is checked whether the start strategy can be performed. If conditions for the starting strategy are unfavorable or not satisfied, branching is made to step 100, in which a decision is made as to whether a cylinder following in the firing sequence is selected - step 100 - or whether an alternative starting process is initiated - step
  • control variables are, for example: injection time, angle, quantity; Ignition time, angle; to be delivered engine torque; Time or angle duration of the control of the starter; Valve timing, stroke; Compression ratio; Position Drossel ⁇ flap, exhaust gas recirculation valve and more.
  • step 50 the control variables are output to the respective components and in step 60 then the start of the internal combustion engine takes place.
  • step 70 it is preferably checked after a first power stroke whether the control variables have led to an engine run-up given in accordance with the starting strategy. In case of deviations, the control variables are adjusted in step 200 so that the desired engine run-up is achieved. In step 50, the new control variables are then output to the components. Step 60 is skipped in this cycle and rechecked in step 70 whether the engine ramp-up according to the start strategy. In the case of deviations, the control values are possibly adjusted again via step 200. As a fallback level in the event that the start was unsuccessful, in the examination in step 70 a branch is made to step 120, in which an alternative start procedure is then initiated.
  • step 80 in which the internal combustion engine is brought into normal operation.
  • the shutdown of the internal combustion engine is regulated or unregulated, depending on the parking concept.
  • an uncontrolled engine shutdown is initiated, in which the crankshaft runs out freely without influencing.
  • the step 190 follows. A regulated engine shutdown lifts off, put an internal combustion engine and in particular the crankshaft in a defined state, so that in a subsequent start an optimal piston position in terms of starting time, consumption,
  • step 90 or 190 After the engine shutdown in step 90 or 190, reference is made to the pre-start step 10, with which a new operating cycle can begin.
  • step 100 branches to step 100 as described.
  • an attempt is made to find a cylinder for which the conditions are fulfilled, that is, for example, the cylinder has a suitable piston position.
  • step 100 first branches to step 110.
  • a cylinder following in the firing sequence is selected and branched into step 20, so that the routine can run again.
  • the loop is typically repeated in step 100 until all cylinders have been interrogated. If there is still no suitable condition, step 100 branches to step 120 and initiates an alternative startup procedure.
  • step 120 the present start strategy is initially aborted.
  • a possible starting alternative is to have control variables available for a non-optimized engine run-up. These control variables may, for example, be selected such that default values are used for the injection and the ignition, whereas the starter can use control variables for a preferred starting strategy, for example a start -Stop-operation, be controlled. As a further alternative, it may also be provided to initiate a "classic" normal start, in which the starter is operated in a conventional manner.
  • step 130 the control variables are output to the components, after which the start takes place in step 140, wherein it is then checked in step 70 whether the
  • step 70 the process branches back from step 70 to step 120 and a retry attempt is made. After repeated start failure, it may also be provided to initiate appropriate fault reactions.
  • FIG. 2 shows in detail the steps after starting the internal combustion engine in step 70.
  • control values are read out according to the starting strategy and output to components 300 of the internal combustion engine in step 50, in which case 60 (not shown in Figure 2) a start. After this
  • Start of the internal combustion engine are essentially independently of the remaining steps in a step 220 operating parameters read in, for example, continuously or at certain intervals, so that if necessary, a time course of relevant Be ⁇ operating parameters can be determined.
  • step 70 After the start of the start, it is checked in step 70 on the basis of the operating parameter determined in step 220, whether an engine run-up according to the predetermined start strategy is present. If the determined operating parameters deviate from the operating parameters expected according to the starting strategy, the control values are adjusted in step 200 so that the desired engine run-up is achieved. The new control values are output to the components 300 in step 50, and the success is checked in step 70 and, in the case of renewed deviations, branched back into step 200.
  • a device 1 according to the invention for controlling an internal combustion engine 500 is shown with a dashed border.
  • the device 1 preferably a control device, comprises a calculation means 410, a detection means 420, a control means 430 and a storage means 440.
  • the detection means 420 preferably a receiver, analog-to-digital converter or the like, detects operating parameters of the internal combustion engine and passes corresponding
  • the Calculation means 410 preferably a microprocessor or in general a computing unit, calculates or determines on the basis of the acquired operating parameters a starting strategy suitable for a start of the internal combustion engine and sets control variables so that the engine starts up in accordance with the desired starting strategy.
  • the control variables and possibly the start strategy are passed on to the control means 430.
  • the control agent preferably a microprocessor or in general a computing unit, calculates or determines on the basis of the acquired operating parameters a starting strategy suitable for a start of the internal combustion engine and sets control variables so that the engine starts up in accordance with the desired starting strategy.
  • the control variables and possibly the start strategy are passed on to the control means 430.
  • the control agent preferably a microprocessor or in general a computing unit
  • control means 430 may, for example, be constructed as a separate unit or else be part of the functionality of the calculation means 410.
  • components of the internal combustion engine are controlled with the specified control variables.
  • the control means 430 monitors on the basis of detected operating parameters whether the engine run-up at the start corresponds to the predetermined start strategy. If the engine departure or certain operating parameters deviate from the parameters expected for the start strategy, the control means 430 adjusts the control variables accordingly in order to achieve an optimum engine run-up in accordance with the desired start strategy.
  • the adapted or adapted control variables are stored in a memory means 440, so that values which have already been adapted are available for a renewed start with a corresponding start strategy.
  • control variables can be stored, for example, in maps, lines, special value tables, storage units of a neural network or other storage units and can also be learned adaptively, so that a start that is optimized in terms of time, consumption and emissions is always achieved becomes.
  • the optimum starting strategy and corresponding control variables are determined and determined in order to achieve optimum starting conditions for the internal combustion engine. If, despite the preselected control variables, non-optimal operating states nevertheless occur, for example engine vibrations, the control variables are selected in a start-stop mode for the next start, for example, in such a way that these effects are prevented from occurring again. However, it must then be ensured that a 100% starting reliability is nevertheless achieved by the new selection of the now not optimally selected pilot control variables. If necessary, the precontrol values are also to be adapted.
  • starter rotation can also be achieved , which leads in the firing sequence subsequent cylinder from the intake into the compression stroke and the start routine performed on this cylinder.
  • a device or control device with motor control functions programmed therein makes it possible to output injection and ignition pulses separately from one another and at arbitrary times or crankshaft angles. It also makes it possible to control an electric machine, such as a starter or starter-generator, with time-variable or variable control over the cam or crankshaft angle. Likewise, in systems with variable compression or valve control, it is possible to vary the compression ratio or the phase and stroke position of the intake and exhaust valves during the starting process.
  • valve timing for the intake and exhaust camshafts either the degree of filling in the compression phase or the engine torque output can be controlled.
  • the degree of filling in the compression cylinder can be changed depending on the ambient conditions in the engine.
  • a part of the combustion energy may e.g. be discharged by an earlier opening of the exhaust valve in the exhaust passage so as to effectively reduce the engine torque.
  • the control period of the exhaust nozzle shaft can also be changed in the direction: "exhaust valve opens late" in order to be able to utilize the combustion torque over a larger crankshaft angle range.
  • a possible start strategy can provide a special control algorithm and thus predict or simulate the temperature profile during the compression phase, for example based on the compression ratio and / or the valve timing, the air mass trapped in the cylinder and the starter speed. After that you can the output variables of the control algorithm or the control values are set in such a way that a critical temperature for auto-ignition is not exceeded.
  • this start variant also offers great potential for shortening the start time.
  • the procedure according to the invention makes it possible to base the start strategy or the engine startup essentially on two principles: a performance-optimized control of a starter, as a start-supporting or -vorkende measure, and an optimal lena control or regulation of the first burns until reaching the Nominal idle speed.
  • the upstream activation of a starter as a start-assisting measure takes place in such a way that in the first OT passage a speed maximum of the starter speed is achieved for the subsequent combustion.
  • the starter can also be controlled in such a way that during the compression phase an optimum in the mixture preparation time for the subsequent combustion is provided by the starter speed.
  • the starter thus provides an initial torque to which then the combustion torque generated by the first combustion to a
  • the cylinder is also used in the compression stroke, which is identified before the start, for example by means of an absolute angle sensor on the crankshaft.
  • the sequence of injection and ignition can take place both time-based and angle-based.
  • This start procedure can also be extended to the second and further in the firing sequence following combustion processes are applied in order to realize a time, consumption and emission-optimized start.
  • the start routine as shown in Figs. 1 and 2 controls. on the basis of the speed, or speed gradient curve of the previous combustion je ⁇ Weils the parameters (injection timing, quantity, ignition) for the subsequent combustion in order to achieve a time, consumption and emission-optimized start.
  • Idle speed as it is currently usually occurs during the startup process, can be reduced, so that the engine reaches its desired operating state faster.
  • a rapid reaching of the desired operating state of the engine is essen ⁇ tial in the start-stop operation for a quick start after a e.g. Traffic lights.
  • injection and ignition pulses may vary depending on the above
  • Input variables or operating parameters also before or during the compression phase, i. even before reaching top dead center.
  • the input variables for example engine, cooling water, oil, intake air temperature, etc.
  • the invention is also suitable for a start-stop system in vehicles with intake manifold injection (SRE) and can also be used for the cold start.
  • SRE intake manifold injection
  • the injection pulses must take place for the individual cylinders during the intake stroke with intake valves open or upstream into the intake manifold when the intake valves are still closed.
  • Hot start during the e.g. Start-stop operation, as well as the cold start the start time significantly shortened and the engine run time, consumption and emission optimized ges ⁇ taltet.
  • the starter must be driven longer in both applications than in systems with direct injection because of the injection possibilities limited to the suction cycle. Again, however, one can find an optimum starter control.
  • Timing can also be freely selected here. However, depending on the engine operating conditions (such as rail pressure, fuel temperature, etc.), when choosing the injection timing, care must be taken that, as the starter spins, the air mass taken in the cylinder, e.g. For stoichiometric combustion, the amount of fuel needed can be fully injected into the cylinder before closing the intake valves.
  • the starter needs to this mindes ⁇ least one crankshaft revolution (360 0 KW), starting from a starting position near the TDC position driven, has completed its compression stroke until the starting cylinder and is located in the working cycle.
  • the starter drive is then only slightly longer than the maximum drive time of the starter of about half a Kurbelwel ⁇ lenum loftung (about 180 0 KW) in BDE systems with injection in the compression cycle.
  • the starter is doing the same as in the systems triggered by direct injection be ⁇ described to reach a time, consumption and emission-optimized start.
  • a deterioration in emissions due to an increased injection quantity would be rendered harmless by the already heated catalyst and would thus be unproblematic.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei einem Start, mit einem Erfassungsmittel (420) welches Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfasst, wobei ein Berechnungsmittel (410) unter Berücksichtigung der erfassten Betriebsparameter vor dem Start der Brennkraftmaschine eine Startstrategie vorgibt, und das Berechnungsmittel (410) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Startstrategie Steuergrößen zur Steuerung eines Motorhochlaufs festlegt, und ein Kontrollmittel (430) den Motorhochlauf überwacht, und das Kontrollmittel (430) die Steuergrößen, bei einem von der Startstrategie abweichenden Motorhochlauf, entsprechend anpasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des ersten unabhängigen Hauptanspruchs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Zur Reduzierung des Verbrauchs und der Emissionen von Kraftfahrzeugen finden zu¬ nehmend sogenannte Start-Stopp Verfahren Verbreitung. Bei den derzeitigen Start-Stopp Verfahren erfolgt der Motorstart mittels einer elektrischen Maschine, wie z.B. einem
Riemen- oder Kurbelwellen-Starter-Generator oder auch einem üblichen Starter. Typi¬ scherweise erfolgt der Start, indem beim Hochdrehen der Brennkraftmaschine durch Ein¬ spritzen von Kraftstoff und nachfolgender Zündung ein Drehmoment der Brennkraftma¬ schine erzeugt wird, wobei bei ausreichender Drehzahl der Brennkraftmaschine der Star- ter wieder ausgerückt wird.
Aus der EP 1 036 928 A2 ist eine Startvorrichtung bekannt, bei der beim Abstellen der Brennkraftmaschine zumindest ein in Kompression gehender Zylinder identifiziert wird, und bei Vorliegen einer Startanfrage in diesen Zylinder Kraftstoff eingespritzt wird. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Erfassungsmittel Betriebsparameter einer Brenn¬ kraftmaschine erfasst, wobei ein Berechnungsmittel unter Berücksichtigung der erfassten Betriebsparameter vor einem Start der Brennkraftmaschine eine Startstrategie vorgibt, wobei das Berechnungsmittel in Abhängigkeit von der vorgegebenen Startstrategie Steu- ergrößen zur Steuerung eines Motorhochlaufs festlegt, und ein Kontrollmittel den Motorhochlauf überwacht, und bei einem von der Startstrategie abweichenden Motorhochlauf, die Steuergrößen ent¬ sprechend anpasst.
Das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren hat dementsprechend den Vorteil, dass vor einem Start der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung von erfasste Betriebspa¬ rametern eine Startstrategie zum Starten der Brennkraftmaschine vorgegeben wird und dass in Abhängigkeit von der vorgegebenen Startstrategie Steuergrößen zur Steuerung ei- nes Motorhochlaufs festgelegt werden und der Motorhochlauf überwacht wird und bei ei¬ nem von der Startstrategie abweichenden Motorhochlauf die Steuergrößen so angepasst werden, dass ein durch die Startstrategie vorgegebener Motorhochlauf erreicht wird.
Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil, dass bereits vor dem Start der Brennkraft- maschine, also noch bevor die Kurbelwelle in Bewegung versetzt wird, eine Startstrate¬ gie, nach der der Start und der entsprechende Motorhochlauf erfolgen soll, festgelegt wird. Insbesondere kann die Startstrategie den unterschiedlichen vorliegenden Startbe¬ dingungen, die sich in Abhängigkeit von den Betriebsparameter ermitteln lässt, angepasst werden, so dass der Start der Brennkraftmaschine optimal erfolgen kann. Da bereits vor dem Start in Abhängigkeit von der festgelegten Startstrategie Steuergrößen bestimmt werden, ist in vorteilhafter Weise der gemäß der Steuerstrategie zu erwartende Motor¬ hochlauf bekannt. Weicht der überwachte Motorhochlauf von dem zu erwartenden Mo¬ torhochlauf ab, so ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Steuergrößen derart anzupas¬ sen, dass der Motorhochlauf so erfolgt, dass die Startstrategie optimal umgesetzt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbil¬ dungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Erfassungsmittel eine Kolbenposition mindestens eines Zylinders erfasst, und ein Berechnungsmittel unter Berücksichtigung der mindestens einen erfassten Kol¬ benposition vor einem Start der Brennkraftmaschine eine Startstrategie vorgibt. In Ab¬ hängigkeit von einer bekannten Kolbenposition mindestens eines Zylinders sind alle wei- teren Arbeitstakte vor Beginn des Starts zu bestimmen und so ist es in vorteilhafter Weise möglich sowohl die Startstrategie und als auch die Steuergrößen darauf entsprechend an- zupassen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Erfassungsmittel eine Kolbenposition mindestens eines Zylinders erfasst, der beim Start zuerst in Kompression oder in einen Saugtakt geht, und das Berechnungsmittel mindestens unter Berücksichtigung der erfassten Kolbenposi¬ tion vor einem Start der Brennkraftmaschine eine Startstrategie vorgibt. Ist bei einer di¬ rekteinspritzenden Brennkraftmaschine die Kolbenposition eines zuerst in Kompression gehenden Zylinders bekannt bzw. bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung die Kolbenposition des zuerst in den Saugtakt gehenden Zylinders bekannt, kann die Startstrategie in vorteilhafter Weise darauf abgestimmt werden. So kann es beispielsweise bei einer ungünstigen Kolbenposition vorgesehen sein auf eine Einspritzung in diesem Zylinder oder im Saugrohr in dem relevanten Takt zu verzichten und die Startstrategie darauf entsprechend einzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass ein Speicher¬ mittel die von dem Kontrollmittel beim Motorhochlauf angepassten Steuergrößen abspei¬ chert, und dass das Kontrollmittel, bei einem wiederholten von der Startstrategie abwei¬ chenden Motorhochlauf, auf die abgespeicherten Steuergrößen zurückgreift. So kann bspw. aus einem adaptiven Kennfeld in vorteilhafter Weise bei einem erneuten Start auf bewährte Steuergrößen zurückgegriffen werden, so dass der Motorhochlauf von Beginn an optimal verlaufen kann.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteue¬ rung, das Berechnungsmittel Steuergrößen für eine Ventilsteuerung derart festlegt, dass der Motorhochlauf der vorgegebenen Startstrategie folgt. So ist es in vorteilhafter Weise möglich, weitere Einflussmöglichkeiten zu nutzen, um einen Motorhochlauf optimal zu gestalten.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, das Berechnungsmittel Steuergrößen für eine Verdichtungssteuerung derart festlegt, dass der Motorhochlauf der vorgegebenen Startstrategie folgt. So ist es in vorteilhafter Weise möglich, weitere Einflussmöglichkeiten zu nutzen, um einen Motorhochlauf optimal zu gestalten.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Startstrategie Steuergrößen festlegt, die einen Star¬ ter oder Starter-Generator in Leistung und/oder Drehzahl variabel über die Zeit ansteuern. - A -
Dies hat den Vorteil, dass mit einem variabel ansteuerbaren Starter auch die Gemischauf¬ bereitung während der Verdichtungs- bzw. Saugphase, die bei der Verdichtung im Brenn¬ raum entstehende Temperatur und das vom Starter abgegebene Drehmoment angepasst werden können und so weitere Freiheitsgrade zur Festlegung einer Startstrategie und zur Durchführung eines optimalen Starts bietet.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass das Berechnungsmit¬ tel in Abhängigkeit von den vor dem Start der Brennkraftmaschine erfassten Betriebspa¬ rameter einen möglichen Selbstentzündungs-Betriebszustand der Brennkraftmaschine er- kennt und eine Startstrategie vorgibt, die diesen Selbstentzündungs-Betriebszustand ver¬ hindert. Anhand der erfassten Betriebsparameter ist es in vorteilhafter Weise möglich, ei¬ nen potenziellen Selbstentzündungs-Betriebszustand vorherzusagen und die vorzugebene Startstrategie so anzupassen, dass dieser Betriebszustand vermieden bzw. verhindert wird.
Weiterhin ist es von besonderem Vorteil, wenn die erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch als Verfahren ausgestaltet sind
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode vorgesehen, wobei der Programmcode auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung mindestens eines der erfindungsgemäßen Ver¬ fahren, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von einer Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.
Zeichnungen
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unab¬ hängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
Es zeigen Figur 1 schematisch den Ablauf eines Start-Stopp-Betriebes; Figur 2 schematisch die Überwachung des Motorhochlaufs; Figur 3 schematisch ein erfindungsgemäßes Steuergerät.
Beschreibung
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bereits vor dem Starten der Brenn¬ kraftmaschine ausgehend von erfassten oder ermittelten Betriebsparametern eine Start¬ strategie festgelegt wird, anhand dessen Steuergrößen für den Motorhochlauf festgelegt werden.
Insbesondere ist es hilfreich bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen die Kolbenpo¬ sition des zuerst in Kompression gehenden Zylinders zu ermittelt und bei Brennkraftma¬ schinen mit Saugrohreinspritzung die Kolbenposition des zuerst in die Saugphase gehen- den Zylinders zu ermitteln.
Zur Identifikation des Startzylinders kann beispielsweise ein Absolutwinkelsensor einge¬ setzt werden, der an der Nocken- und/oder Kurbelwelle montiert ist und die momentane Winkellage der Kurbelwellen angibt. Der Absolutwinkelsensor erlaubt es weiterhin, das Steuergerät schneller mit der Brennkraftmaschine zu synchronisieren, als es mit den her¬ kömmlichen Synchronisationsverfahren über Bezugsmarken am Kurbelwellengeberrad und/oder einem Phasengeberrad an der Nockenwelle möglich ist.
Figur 1 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Start-Stopp-Betriebs. Im Schritt 10 befindet sich das Steuergerät in einer Vorstart-Phase. Im Start-Stopp-Betrieb bleibt die Zündung (KLl 5) entweder eingeschaltet oder wird in definierten Zeitabständen kurzzeitig bestromt, so dass das Steuergerät regelmäßig an der Versorgungsspannung an¬ liegt. Dadurch wird die sonst notwendige Neusynchronisation des Steuergeräts mit dem Motor beim Start unnötig, und die verschiedenen Betriebsparameter relevanter Motor- funktionen werden regelmäßig aktualisiert. Alternativ kann diese Aufgabe auch nur von einer speziellen Teilfunktion im Steuergerät während der Stopp-Phase übernommen wer¬ den, so dass nicht immer das gesamte Steuergerät aktiviert werden muss.
Im Schritt 20 werden dann relevante Betriebsparameter erfasst. Folgende Betriebspara- meter kommen als Eingangsgrößen beispielsweise in Frage: Startzylinder, Kolbenpositi¬ on, Motor-, Motoröl-, Kühlwasser-, Ansaugluft-, Umgebungsluft-, Katalysator- und Kraftstofftemperatur, Kraftstoffrail-, Umgebungsluftdruck, Kraftstoffqualität, Batterie¬ spannung, Ventilsteuerzeiten, -hub, Verdichtungsverhältnis, Gang, Kupplung, Stellung Drosselklappe, Gaspedal-, Bremspedalstellung, Zeit und andere.
Ausgehend von der erfassten oder ermittelten Betriebsparametern wird eine Startstrategie bestimmt anhand dessen Steuergrößen für einen Motorhochlauf festgelegt werden. Eine Startstrategie kann beispielsweise einen Kaltstart oder Heißstart berücksichtigen oder ei¬ nen Start-Stopp-Betrieb oder darauf ausgerichtet sein einen schnellen Motorhochlauf zu realisieren oder einen Motorhochlauf derart gestalten, dass Selbstentzündungsbetriebszu- stände vermieden werden.
Im Schritt 30 wird überprüft, ob die Startstrategie durchgeführt werden kann. Sind Be¬ dingungen für die Startstrategie ungünstig oder nicht erfüllt wird zum Schritt 100 ver¬ zweigt, in dem entschieden wird, ob ein in der Zündfolge nachfolgender Zylinder ausge- wählt wird - Schritt 100 - oder ob ein alternativer Startvorgang eingeleitet wird - Schritt
120.
Liegen geeignete Bedingungen zur Durchführung der Startstrategie vor, werden im Schritt 40 relevante Steuergrößen ausgelesen.
Relevante Steuergrößen sind beispielsweise: Einspritzzeitpunkt, -Winkel, -menge; Zünd¬ zeitpunkt, -Winkel; abzugebendes Motormoment; Zeit- oder Winkeldauer der Ansteue¬ rung des Starters; Ventilsteuerzeiten, -hub; Verdichtungsverhältnis; Stellung Drossel¬ klappe, Abgasrückführventil und weitere.
Im Schritt 50 werden die Steuergrößen an die jeweiligen Komponenten ausgegeben und im Schritt 60 erfolgt dann der Start der Brennkraftmaschine.
Im nachfolgenden Schritt 70 wird vorzugsweise nach einem ersten Arbeitstakt überprüft, ob die Steuergrößen zu einem gemäß Startstrategie vorgegebenen Motorhochlauf geführt haben. Bei Abweichungen werden die Steuergrößen im Schritt 200 so angepasst, dass der gewünschte Motorhochlauf erreicht wird. Im Schritt 50 werden dann die neuen Steuer¬ größen an die Komponenten ausgegeben. Schritt 60 wird in diesem Zyklus übersprungen und im Schritt 70 erneut überprüft, ob der Motorhochlauf entsprechend der Startstrategie erfolgt. Bei Abweichungen werden ggf. wieder über den Schritt 200 die Steuerwerte an¬ gepasst. AIs Rückfallebene für den Fall, dass der Start nicht erfolgreich war, wird bei der Über¬ prüfung in Schritt 70 in den Schritt 120 verzweigt, in dem dann ein alternativer Startvor¬ gang eingeleitet wird.
Bei einem erfolgreichen Start folgt der Schritt 80, in dem die Brennkraftmaschine in den Normalbetrieb gebracht wird.
Bei Vorliegen einer Stopp- Anforderung erfolgt je nach Abstellkonzept die Abstellung der Brennkraftmaschine geregelt oder ungeregelt. Mit einer Verzweigung in den Schritt 90 wird eine ungeregelte Motorabstellung eingeleitet, bei der die Kurbelwelle ohne Beein¬ flussung frei ausläuft. Ist eine geregelte Motorabstellung vorgesehen, wird folgt der Schritt 190. Eine geregelte Motorabstellung hebt darauf ab, eine Brennkraftmaschine und insbesondere die Kurbelwelle in einen definierten Zustand abzustellen, so dass bei einem nachfolgenden Start eine optimale Kolbenposition im Hinblick auf Startzeit, Verbrauch,
Emission, Bordnetzbelastung etc. erreicht wird.
Nach der Motorabstellung im Schritt 90 bzw. 190 wird auf den Vorstart-Schritt 10 zurück verwiesen, womit ein neuer Betriebszyklus beginnen kann.
Werden im Schritt 30 keine Bedingungen zur Durchführung der Startstrategie vorgefun¬ den, so wird wie beschrieben in den Schritt 100 verzweigt. Vorzugsweise wird versucht, einen Zylinder zu finden, für den die Bedingungen erfüllt sind, also beispielsweise der Zylinder eine geeignete Kolbenposition aufweist. So verzweigt der Schritt 100 in der Re- gel zunächst zu Schritt 110. Hier wird ein in der Zündfolge nachfolgende Zylinder aus¬ gewählt und in den Schritt 20 verzweigt, so dass die Routine erneut ablaufen kann. Wird im Schritt 30 erneut keine geeignete Bedingung registriert, wird typischer Weise im Schritt 100 die Schleife solange wiederholt, bis alle Zylinder abgefragt sind. Liegt immer noch keine geeignete Bedingung vor, verzweigt der Schritt 100 auf den Schritt 120 und leitet einen alternativen Startvorgang ein.
Im Schritt 120 wird die vorliegende Startstrategie zunächst abgebrochen. Eine mögliche Startalternative ist, Steuergrößen für einen nicht optimierten Motorhochlauf bereitzuhal¬ ten. Diese Steuergrößen können beispielsweise so gewählt sein, dass für die Einspritzung und die Zündung Standardwerte verwendet werden, der Starter kann hingegen mit Steu¬ ergrößen für eine bevorzugte Startstrategie, beispielsweise einem Start-Stopp-Betrieb, angesteuert werden. Als weitere Alternative kann es auch vorgesehen sein, einen „klassi¬ schen" Normalstart einzuleiten, bei dem der Starter in herkömmlicher Art betrieben wird.
Im nachfolgenden Schritt 130 werden die Steuergrößen an die Komponenten ausgegeben, wonach im Schritt 140 der Start erfolgt, wobei dann im Schritt 70 überprüft wird, ob der
Start erfolgreich war.
Für den Fall, dass die Brennkraftmaschine nicht startet, wird vom Schritt 70 in den Schritt 120 zurückverzweigt und ein erneuter Startversuch unternommen. Nach wiederholtem Startversagen kann es auch vorgesehen sein, geeignete Fehlerreaktionen einzuleiten.
Figur 2 zeigt im Detail die Schritte nach Start der Brennkraftmaschine im Schritt 70. Wie bereits unter Figur 1 beschreiben, werden im Schritt 40 Steuerwerte gemäß der Startstra¬ tegie ausgelesen und im Schritt 50 an Komponenten 300 der Brennkraftmaschine ausge- geben, wobei dann im Schritt 60 (in Figur 2 nicht gezeigt) ein Start erfolgt. Nach Dem
Start der Brennkraftmaschine werden im Wesentlichen unabhängig von den übrigen Schritten in einem Schritt 220 Betriebsparameter beispielsweise kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen eingelesen, so dass ggf. ein zeitlicher Verlauf relevanter Be¬ triebsparameter ermittelt werden kann.
Nach Startbeginn wird im Schritt 70 anhand der im Schritt 220 ermittelten Betriebspara¬ meter überprüft, ob ein Motorhochlauf gemäß der vorgegebenen Startstrategie vorliegt. Weichen die ermittelten Betriebsparameter von den gemäß Startstrategie erwarteten Be¬ triebsparameter ab, werden im Schritt 200 die Steuerwerte so angepasst, dass der ge- wünschte Motorhochlauf erreicht wird. Die neuen Steuerwerte werden im Schritt 50 an die Komponenten 300 ausgegeben und der Erfolg im Schritt 70 überprüft und bei erneu¬ ten Abweichungen wieder in den Schritt 200 verzweigt.
In Figur 3 ist mit gestrichelter Umrandung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Steuerung einer Brennkraftmaschine 500 dargestellt. Die Vorrichtung 1, vorzugsweise ein Steuergerät, umfasst ein Berechnungsmittel 410, ein Erfassungsmittel 420, ein Kon¬ trollmittel 430 und ein Speichermittel 440.
Das Erfassungsmittel 420, vorzugsweise ein Empfänger, Analog-Digital- Wandler oder ähnliches, erfasst Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und leitet entsprechende
Signale an das Berechnungsmittel 410 und and das Kontrollmittel 430 weiter. Das Be- rechnungsmittel 410, vorzugsweise ein Mikroprozessor oder allgemein eine Rechenein¬ heit, berechnet oder ermittelt anhand der erfassten Betriebsparameter eine für einen Start der Brennkraftmaschine geeignete Startstrategie und legt Steuergrößen so fest, dass der Motorhochlauf gemäß der gewünschten Startstrategie erfolgt. Die Steuergrößen und ggf. die Startstrategie werden an das Kontrollmittel 430 weiter gegeben. Das Kontrollmittel
430 kann bspw. als separate Einheit aufgebaut sein oder auch Teil der Funktionalität des Berechnungsmittel 410 sein. Über das Kontrollmittel 430 und ggf. weitere Funktionsmo¬ dule werden Komponenten der Brennkraftmaschine mit den festgelegten Steuergrößen angesteuert. Das Kontrollmittel 430 überwacht anhand erfasster Betriebsparameter, ob der Motorhochlauf beim Start der vorgegebenen Startstrategie entspricht. Weicht der Mo¬ torhochlauf bzw, bestimmte Betriebsparameter von den für die Startstrategie erwarteten Parameter ab, passt das Kontrollmittel 430 die Steuergrößen entsprechend an, um einen optimalen Motorhochlauf gemäß gewünschter Startstrategie zu erreichen. Die angepass- ten bzw. adaptierten Steuergrößen werden in einem Speichermittel 440 abgespeichert, so dass bei einem erneuten Start mit entsprechend Startstrategie bereits angepasste Werte zur Verfügung stehen.
Zur Ausgabe der Steuergrößen gemäß der Startstrategie können die Steuergrößen bei¬ spielsweise in Kennfeldern, -linien, speziellen Wertetabellen, Speichereinheiten eines neuronalen Netzes oder anderen Speichereinheiten abgelegt sein und auch adaptiv erlernt werden, so dass stets ein zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierter Start erreicht wird.
Abhängig von den Betriebsparametern wird jeweils die optimale Startstrategie und ent¬ sprechende Steuergrößen ermittelt und festgelegt, um optimale Startbedingungen für die Brennkraftmaschine zu erreichen. Treten trotz der vorgewählten Steuergrößen dennoch nicht optimale Betriebszustände ein, beispielsweise Motorvibrationen, werden beispiels¬ weise in einem Start-Stopp Betrieb für den nächsten Start die Steuergrößen so gewählt, dass ein erneutes Auftreten dieser Effekte verhindert wird. Es muss jedoch dann gesichert sein, dass durch die Neuwahl der nun nicht optimal gewählten Vorsteuerungsgrößen, dennoch eine 100%-ige Startzuverlässigkeit erreicht wird, ggf. sind die Vorsteuerungs¬ werte auch anzupassen.
Alternativ kann auch auf Betrieb mit klassischem Starterstart (= längeres Durchdrehen des Starters) umgeschaltet werden. Gleiches gilt nach einem Startabbruch bzw. einem er- folglosen Startversuch während eines Start-Stopp-Betriebes. Sind allgemein die Bedingungen für einen erfolgreichen „Starterunterstützten Direktstart" beispielsweise nach der Abfrage der Umgebungsbedingungen im Motor vor dem Start für den betreffenden Startzylinder nicht vollständig erfüllt, z.B. im Falle, dass die Kolbenpo¬ sition des Startzylinders nicht optimal ist, so kann auch mittels Starterdurchdrehen, der in der Zündfolge nachfolgende Zylinder aus dem Ansaug- in den Kompressionstakt über¬ führt und die Startroutine an diesem Zylinder durchgeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Steuergerät mit darin programmierten Mo¬ torsteuerungsfunktionen erlaubt es, Einspritz- und Zündimpulse getrennt voneinander und zu beliebigen Zeitpunkten bzw. Kurbelwellenwinkeln auszugeben. Es erlaubt weiterhin, eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen Starter oder Starter-Generator, zeitva¬ riabel bzw. variabel über den Nocken- bzw. Kurbelwellenwinkel, anzusteuern. Ebenso er¬ laubt es, bei Systemen mit variabler Verdichtung bzw. Ventilsteuerung, das Verdich¬ tungsverhältnis, bzw. die Phasen- und Hublage der Ein- und Auslassventile während des Startvorganges zu variieren.
Bei Systemen mit variabler Ventilsteuerung kann darüber hinaus durch das Verstellen der Ventilsteuerzeiten für Einlass- und Auslassnockenwelle entweder der Füllungsgrad in der Verdichtungsphase bzw. das abgegebene Motormoment gesteuert werden. In der Ver- dichtungsphase kann z.B. durch ein späteres oder auch früheres Schließen des Einlass¬ ventils der Füllungsgrad im Kompressionszylinder abhängig von den Umgebungsbedin¬ gungen im Motor verändert werden.
Im Hinblick auf eine Regelung des abgegebenen Motormomentes in Bezug auf Vermei- düng von Motorvibrationen beim Start, kann ein Teil der Verbrennungsenergie z.B. durch ein früheres Öffnen des Auslassventils in den Auslasskanal abgegeben werden, um so das Motormoment effektiv zu reduzieren. Umgekehrt kann die Steuerzeit der Auslassno¬ ckenwelle auch in Richtung: , Auslassventil öffnet spät" verändert werden, um das Verbrennungsmoment über einen größeren Kurbelwellen- Winkelbereich ausnutzen zu können.
Eine mögliche Startstrategie kann beispielsweise einen speziellen Regelungsalgorithmus vorsehen und so z.B. anhand des Verdichtungsverhältnisses und/oder der Ventilsteuerzei¬ ten, der im Zylinder eingeschlossenen Luftmasse und der Starterdrehzahl, der Tempera- turverlauf während der Verdichtungsphase vorhersagen oder simulieren. Danach können die Ausgangsgrößen des Regelalgorithmus bzw. die Steuerwerte so gestellt werden, dass eine für die Selbstentzündung kritische Temperatur nicht überschritten wird.
Bei Systemen mit variabler Verdichtung kann zusätzlich während des Verdichtungs- und Verbrennungsvorganges das Verdichtungsverhältnis variiert werden, um so die Verdich¬ tungstemperatur und den Verdichtungsdruck zu steuern. Erkennt man, z.B. anhand eines Temperatur- oder Brennraumdrucksensors, dass die Verdichtungstemperatur bzw. der Verdichtungsdruck zu hoch ist, wird die Verdichtung des Motors verringert (=Expansion des Zylinders zu größerem Hubraum). Ist umgekehrt die Verdichtungstemperatur bzw. der Verdichtungsdruck für eine optimale Gemischaufbereitung zu niedrig, wird das Ver¬ dichtungsverhältnis des Motors erhöht.
Beim erfindungsgemäßen Vorgehen, wird das Problem der Selbstentzündung bei hohen Motortemperaturen durch gezielte Abstimmung von Kompression, Einspritzung und Zündung verhindert. Durch gemeinsame Optimierung von Starteransteuerung und
Verbrennung, bietet diese Startvariante zusätzlich ein großes Potenzial zur Startzeitver¬ kürzung.
Das erfindungsgemäße Vorgehen erlaubt es, die Startstrategie bzw. den Motorhochlauf im Wesentlichen auf zwei Prinzipien zu stützen: Einer leistungsoptimierten Ansteuerung eines Starters, als startunterstützende bzw. -vorbereitende Maßnahme, und einer optima¬ len Steuerung bzw. Regelung der ersten Verbrennungen bis zum Erreichen der Soll- Leerlaufdrehzahl.
Die vorgeschaltete Ansteuerung eines Starters als startunterstützende Maßnahme erfolgt in der Weise, dass im ersten OT-Durchgang ein Drehzahloptimum von der Starterdreh¬ zahl für die darauffolgende Verbrennung erreicht wird. Dies kann zum einem bedeuten, dass der Starter abhängig von der Kolbenposition im Kompressionstakt beim Start derart leistungsgesteuert wird, dass im OT-Durchgang z.B. die größtmögliche Motordrehzahl (=kinetische Energie bzw. Drehmoment) erreicht wird. Zum anderen kann die Ansteue¬ rung des Starters jedoch auch derart erfolgen, dass während der Kompressionsphase an¬ hand der Starterdrehzahl ein Optimum in der Gemischaufbereitungszeit für die darauffol¬ gende Verbrennung geschaffen wird. Soll heißen, dass z.B. abhängig von der Kraftstoff¬ qualität, der Motor-, Kühlwasser-, Öltemperatur; Verdichtung des Motors, etc., die Star- terdrehzahl bzw. die daraus resultierenden Kolbengeschwindigkeit, derart gesteuert wird, dass sich in der Kompressionsphase im Zylinder ein möglichst homogenes Kraftstoff- Luft-Gemisch ausbildet, welches anschließend gezündet wird.
Durch gezielte Überwachung der Brennraumtemperatur mittels beispielsweise eines Temperatursensors oder auch eines Druckverlaufs eines Brennraumdrucksensors, kann so z.B. auch die Verdichtungstemperatur unterhalb der für eine Selbstentzündung kritischen
Temperatur gehalten werden, indem gezielt Wandwärmeverluste an die Zylinderwand während der Verdichtung zugelassen werden.
In beiden Varianten liefert der Starter also ein Anfangs-Drehmoment, zu welchem sich anschließend das durch die erste Verbrennung erzeugte Verbrennungsmoment zu einem
Gesamt-Motormoment addiert. Hieraus resultiert letztendlich der Drehzahlanstieg beim Motorhochlauf. Der Starter wird zusätzlich, abhängig von der Startposition, nur solange entweder winkel- oder zeitbasiert angesteuert, wie es notwendig ist, um beim Überstrei¬ chen des OT die vordefinierte Drehzahl sicherzustellen. D.h. der Starter wird aktiv so früh als möglich wieder abgeworfen, um unnötige Bordnetzbelastungen bzw. auch Start¬ geräusche zu vermeiden.
Durch dieses Zusammenspiel von optimiertem Starter- und Verbrennungsmoment, wie auch optimaler Starteransteuerung, wird eine sehr kurze Startzeit erreicht, was dieses Sys- tem sowohl für ein Start-Stopp-System, als auch allgemein zum schnelleren Starten eines
Motors besonders attraktiv macht und gleichzeitig ein deutliches Plus an Komfort dar¬ stellt.
Als Startzylinder für die erste Verbrennung wird ebenso der Zylinder im Kompressions- takt verwendet, der vor dem Start beispielsweise mittels eines Absolutwinkelsensors an der Kurbelwelle identifiziert wird.
Wie beschrieben ist es auch vorgesehen, nicht primär vor oder während der Verdich¬ tungsphase in den Kompressionszylinder, sondern erst nach dem Überstreichen des obe- ren Totpunkts, also wenn sich der Kolben bereits in der Expansionsphase des Arbeitstak¬ tes befindet, Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen und anschließend das Luft- Kraftstoff-Gemisch zu zünden.
Der Ablauf von Einspritzung und Zündung kann dabei sowohl zeit-, als auch winkelba- siert erfolgen. Dieses Startverfahren kann zusätzlich auch auf den zweiten und weiteren in der Zündfolge folgenden Verbrennungsvorgänge angewandt werden, um einen zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierten Start realisieren zu können.
D.h., die Startroutine, wie sie in Figur 1 bzw. 2 dargestellt ist, regelt z.B. anhand des Drehzahl-, oder auch Drehzahlgradientenverlaufs der vorhergehenden Verbrennung je¬ weils die Parameter (Einspritzzeitpunkt, -menge, Zündzeitpunkt) für die nachfolgende Verbrennung, um einen zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierten Start zu erreichen.
Durch die gezielte Abstimmung des Motormomentes (z.B. geringere eingespritzte Kraft- stoffmenge, späterer Zündzeitpunkt) können darüber hinaus auch Motorvibrationen, wel¬ che eventuell durch die ersten Verbrennungen (= Vollastverdichtungen bzw. - Verbrennungen) auftreten und sich z.B. störend auf den Fahrzeuginnenraum übertragen können (=Komforteinbuße), minimiert bzw. verhindert werden.
Nicht zuletzt kann dadurch aber auch ein Überschwinger in der Drehzahl über die Soll-
Leerlaufdrehzahl, wie er derzeit meist beim Startvorgang eintritt, reduziert werden, so dass der Motor schneller seinen gewünschten Betriebszustand erreicht. Ein schnelles Er¬ reichen des gewünschten Betriebszustandes des Motors ist im Start-Stopp-Betrieb essen¬ tiell für ein schnelles Losfahren nach einem z.B. Ampelstopp.
Zusätzlich wirkt sich ein reduzierter Überschwinger in der Drehzahl auch auf das Startge¬ räusch des Motors aus. Ein „Aufheulen" des Motors durch eine überhöhte Drehzahl beim Start wird somit wirksam unterdrückt.
Alternativ können die Einspritz- und Zündimpulse abhängig von den oben erwähnten
Eingangsgrößen bzw. Betriebsparameter jedoch auch vor oder während der Kompressi¬ onsphase, d.h. noch vor Erreichen des oberen Totpunkts, erfolgen. Dabei muss jedoch anhand der Eingangsgrößen (z.B. Motor-, Kühlwasser-, Öl-, Ansauglufttemperatur, etc.) gewährleistet sein, dass eventuelle Selbstentzündungseffekte sicher ausgeschlossen wer- den können.
Dies kann, wie oben beschrieben, z.B. durch gezielte Ansteuerung des Starters erreicht werden, beispielsweise indem man die Verdichtungstemperatur überwacht und durch ge¬ zielte Wandwärmeverluste an die Zylinderwand diese unter eine für die Selbstentzündung kritische Temperaturschwelle hält. Eine weitere Alternative ist, wie beschrieben, eine erhöhte Einspritzmenge (-Anfettung) für die ersten Verbrennungen, da so die in den Zylindern eingeschlossene Luft stärker ab¬ gekühlt wird (höhere Verdampfungsenthalpie), und so die Temperatur im Brennraum un¬ ter die Selbstentzündungstemperatur gebracht werden kann.
Darüber hinaus ist die Erfindung auch für ein Start-Stopp-System bei Fahrzeugen mit Saugrohreinspritzung (SRE) geeignet und kann hier auch für den Kaltstart angewendet werden. Die Einspritzimpulse müssen hierbei für die einzelnen Zylinder während des Saugtaktes bei geöffneten Einlassventilen oder vorgelagert ins Saugrohr bei noch ge- schlossenen Einlassventilen erfolgen. Somit kann auch bei diesen Systemen sowohl beim
Heißstart, während des z.B. Start-Stopp-Betriebes, wie auch beim Kaltstart die Startzeit deutlich verkürzt und der Motorhochlauf zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimiert ges¬ taltet werden.
Der Starter muss, aufgrund der auf den Saugtakt beschränkten Einspritzmöglichkeiten, in beiden Anwendungen jedoch länger angesteuert werden als bei Systemen mit Direktein¬ spritzung. Auch hier kann man jedoch ein Optimum der Starteransteuerung finden.
Steht der Kolben des Startzylinders im Saugtakt, z.B. nahe am oberen Totpunkt bei ge- öffneten Einlassventilen, wird bereits aus diesem Zylinder gestartet. Einspritz- und Zünd-
Timing können auch hier frei gewählt werden. Jedoch muss abhängig von den im Motor herrschenden Randbedingungen (wie z.B. Raildruck, Kraftstofftemperatur, etc.) bei der Wahl des Einspritzzeitpunktes darauf geachtet werden, dass bei durchdrehendem Starter die für die im Zylinder angesaugte Luftmasse, z.B. für eine stöchiometrische Verbren- nung benötigte Kraftstoffmenge, noch vor dem Schließen der Einlassventile, vollständig in den Zylinder eingespritzt werden kann.
Der Starter muss ausgehend von einer Startposition nahe der OT-Lage hierzu um mindes¬ tens eine Kurbelwellenumdrehung (3600KW) angesteuert werden, bis der Startzylinder seinen Verdichtungstakt abgeschlossen hat und sich im Arbeitstakt befindet.
Steht der Zylinder im Saugtakt nahe am unteren Totpunkt (UT) bzw. kurz vor Ende des Saugtaktes (=Einlass schließt), so dass zum einen die Zeit zum Absetzen der notwendigen Kraftstoffmenge vor Einlass schließt nicht ausreichen sollte und auch keine nennenswerte Turbulenz durch die angesaugte Luft im Zylinder mehr entsteht, wird zum Vorteil einer besseren Gemischaufbereitung auf den in der Zündfolge nachfolgenden Zylinder als Startzylinder ausgewichen. Dieser muss dann zunächst aus seinem Ausstoßtakt in den Saugtakt überfuhrt werden, was eine Ansteuerung des Starters um einen Winkel oder ei¬ ner Zeit von mehr als einer Kurbelwellenumdrehung (>360°KW) zur Folge hätte.
Im Idealfall, wenn der Startzylinder in einer mittleren Position im Saugtakt (ca.90°KW) steht, ergibt sich für die Starteransteuerung ein Winkel bzw. eine Zeit von einer dreivier¬ tel Kurbelwellenumdrehung (ca.270°KW). Die Starteransteuerung ist dann nur geringfü¬ gig länger als die maximale Ansteuerzeit des Starters von etwa einer halben Kurbelwel¬ lenumdrehung (ca. 1800KW) bei BDE-Systemen mit Einspritzung in den Kompressions- takt. Der Starter wird dabei ebenso wie bei den Systemen mit Direkteinspritzung be¬ schrieben angesteuert, um einen zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierten Start zu er¬ reichen.
Die Gefahr der Selbstentzündung bei hohen Motortemperaturen ist bei SRE-Start-Stopp- Systemen durch z.B. eine erhöhte Einspritzmenge (Anfettung) während des Saugtaktes bzw. kurz vor Öffnen der Einlassventile (EÖ) zu verhindern. Durch eine vorgelagerte Einspritzung ins Saugrohr kurz vor EÖ oder während des Ansaugtaktes wird die Ansaug¬ luft, die sich während z.B. einer Stopp-Phase im Start-Stopp-Betrieb durch die abgegebe¬ ne Motorwärme und auch durch starke Sonneneinstrahlung übermäßig erhitzt, aufgrund der Verdampfung des flüssigen Kraftstoffes abgekühlt. Somit wird die Temperatur des
Kraftstoff-Luft-Gemisches deutlich abgesenkt und kann bei der anschließenden Verdich¬ tung unter die Temperaturschwelle für Selbstentzündung gehalten werden. Im Start- Stopp-Betrieb würde eine Verschlechterung der Emissionen aufgrund einer erhöhten Ein¬ spritzmenge durch den bereits aufgeheizten Katalysator unschädlich gemacht und wäre somit unproblematisch. Es muss jedoch gewährleistet werden, dass während z.B. einer langen Stopp-Phase, die Temperatur im Katalysator nicht unter die Konvertierungstempe¬ ratur absinkt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei einem Start, mit einem Erfassungsmittel (420) welches Betriebsparameter der Brennkraftmaschi¬ ne erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechnungsmittel (410) unter Berücksichtigung der erfassten Betriebspa¬ rameter vor dem Start der Brennkraftmaschine eine Startstrategie vorgibt, - dass das Berechnungsmittel (410) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Startstra¬ tegie Steuergrößen zur Steuerung eines Motorhochlaufs festlegt, - dass ein Kontrollmittel (430) den Motorhochlauf überwacht, und dass das Kontrollmittel (430) die Steuergrößen, bei einem von der Startstrategie abweichenden Motorhochlauf, entsprechend anpasst.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (420) eine Kolbenposition mindestens eines Zylinders er¬ fasst, und dass ein Berechnungsmittel (410) unter Berücksichtigung der mindestens einen erfassten Kolbenposition vor einem Dem Start der Brennkraftmaschine eine Start¬ strategie vorgibt.
3. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (420) eine Kolbenposition mindestens eines Zylinders er¬ fasst, der beim Start zuerst in Kompression oder in einen Saugtakt geht, und dass das Berechnungsmittel (410) mindestens unter Berücksichtigung der erfass¬ ten Kolbenposition vor einem Start der Brennkraftmaschine eine Startstrategie vor- gibt.
4. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass ein Speichermittel die von dem Kontrollmittel (430) beim Motorhochlauf ange- passten Steuergrößen abspeichert, und dass das Kontrollmittel (430), bei einem wiederholten von der Startstrategie ab¬ weichenden Motorhochlauf, auf die abgespeicherten Steuergrößen zurückgreift.
5. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung, das Berechnungs¬ mittel (410) Steuergrößen für eine Ventilsteuerung derart festlegt, dass der Motor¬ hochlauf der vorgegebenen Startstrategie folgt.
6. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, das Berechnungsmittel (410) Steuergrößen für eine Verdichtungssteuerung derart festlegt, dass der Motor- hochlauf der vorgegebenen Startstrategie folgt.
7. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Startstrategie Steuergrößen festlegt, die einen Starter oder Starter-Generator in Leistung und/oder Drehzahl variabel über die Zeit ansteuern.
8. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Berechnungsmittel (410) in Abhängigkeit von den vor dem Start der Brenn- kraftmaschine erfassten Betriebsparameter einen möglichen Selbstentzündungs-
Betriebszustand der Brennkraftmaschine erkennt und eine Startstrategie vorgibt, die diesen Selbstentzündungs-Betriebszustand verhindert.
9. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Start der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung von erfasste Be¬ triebsparametern eine Startstrategie zum Starten der Brennkraftmaschine vorgegeben wird, dass in Abhängigkeit von der vorgegebenen Startstrategie Steuergrößen zur Steue¬ rung eines Motorhochlaufs festgelegt werden, dass der Motorhochlauf überwacht wird und bei einem von der Startstrategie abwei- chenden Motorhochlauf die Steuergrößen so angepasst werden, dass ein durch die
Startstrategie vorgegebener Motorhochlauf eingehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Startstrategie unter Berücksichtigung mindestens einer erfassten Kolbenposition vorgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenposition mindestens eines Zylinder erfasst wird, der beim Start zuerst in Kompression oder in einen Saugtakt geht.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einem Motorhochlauf angepassten Steuergrößen abgespeichert werden und bei einem wiederholten von der Startstrategie abweichenden Motorhochlauf hierauf wieder zurückgegriffen wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung Steuergrößen für diese variable Ventilsteuerung derart festgelegt werden, dass der Motorhochlauf der vorgegebenen Startstrategie folgt.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung Steuergrößen für diese variable Verdichtungssteuerung derart festgelegt werden, dass der Motorhochlauf der vorgegebenen Startstrategie folgt.
15. Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren
Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
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