WO2006105562A1 - Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a spark-ignited internal combustion engine having at least one ignition device preferably formed by a spark plug, wherein at least in an operating range a Rußabbrand is performed by increasing the thermal energy input. Furthermore, the invention relates to an engine control unit for an internal combustion engine, and a method for temperature-dependent control of an internal combustion engine.
  • sooty With repeated starts of the engine and very low engine temperatures, the spark plug tends to become sooty.
  • the formation of soot can be so strong that the ignition is discharged through the electrically conductive layer of soot in the cylinder block, without igniting the mixture. The consequences are misfiring.
  • an electronic control unit for an internal combustion engine in which are provided for controlling the glow plugs and a fan as thermistors formed temperature sensors.
  • the temperature sensors are arranged in the cylinder heads and serve to detect the temperature of the internal combustion engine.
  • the disadvantage is that an additional effort and separate component are required to detect the temperature of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to perform a Rußabbrand in an ignition device as simple and reliable as possible. Another task The invention is to realize a temperature-dependent control of the internal combustion engine in the simplest possible way.
  • this is achieved by temporarily increasing the ignition timing of the ignition device to a point in time that promotes the soot combustion in order to increase the thermal energy input.
  • the thermal energy input into the spark plug can be increased, so that the burnout temperature of about 400 0 C is reached quickly.
  • the ignition timing of the ignition device preferably by at least 5 degrees crank angle, more preferably at least 10 degrees crank angle, is adjusted to early. By pre-ignition, the energy input to the cylinder wall and thus also to the spark plug is increased.
  • the ignition timing of the ignition device is preferably adjusted by at least 5 degrees crank angle, particularly preferably by at least 10 degrees crank angle, late. Extreme spark retard causes high temperatures to affect the spark plug longer.
  • Each internal combustion engine has a limit for the early and late adjustment, beyond which it runs restless. This limit is little load- or speed-dependent and is for example between about 38 and 45 degrees crank angle before top dead center for the advance. In practice, it is advisable to adjust the assignment in the range of low load to this value. Depending on the load, this results in additional heating of the candle.
  • the adjustment of the ignition point is carried out at least immediately after the starting of the internal combustion engine.
  • a catalyst heating must be carried out during the starting phase. This can be followed by the inventive method for increasing the thermal energy input.
  • soot deposits are reliably removed and soot-related misfires with high security avoided.
  • a temperature-dependent control of the internal combustion engine can be achieved simply by integrating at least one temperature sensor into the engine control unit, preferably into the power unit of the engine control unit.
  • a heat sink is arranged in the region of the temperature sensor of the engine control unit, preferably in the region of the power unit.
  • the temperature behavior of the engine control unit preferably of the power unit, is modified by adaptation of the heat sink so that it correlates with the temperature behavior of the internal combustion engine.
  • the power unit for example, the power transistor of the ignition, within the electronic control unit is provided with a heat sink whose temperature profile (heating curve, or stationary temperature) is as synchronous as possible with the thermal engine behavior.
  • the temperature detected by the temperature sensor can be measured and used to correct the ignition time or the fuel injection quantity of the internal combustion engine.
  • the temperature part having the temperature sensor is heated synchronously or proportionally to the internal combustion engine and cooled by the wind in the same way as the internal combustion engine.
  • the ambient temperature is also taken into account by the integrated temperature sensor.
  • FIGS. show schematically:
  • Fig. 2 shows an engine control according to the invention for an internal combustion engine.
  • Fig. 1 shows schematically a cylinder 1 of an internal combustion engine with a reciprocating piston 2 and an ignition device formed by a spark plug 3.
  • the ignition timing of the ignition device 3 is controlled by the engine control unit ECU.
  • Elements not essential to the invention, such as Ignition coil, vehicle battery, gas exchange channels or the like, are not shown.
  • the engine control unit ECU adjusts the ignition timing of the ignition device 3-based on the ignition point during normal engine operation without soot burn-up, for example, according to early. Characterized the entry is increased of thermal energy in the combustion chamber 4 and thus the ignition device 3 to increase the temperature in the area of the electrodes 5 on a necessary for the Rußfreibines temperature of about 400 0 C. After the soot is burnt off, the ignition timing is reset to the normal value again by the engine control ECU. Normally, the spark plug must exceed the burnout temperature over the entire operating range. Danger threatens but especially in repeated cold starts or special operating conditions, such as direct injection with a close spark plug, the spark plug is injected.
  • FIG. 2 shows schematically an electronic control unit ECU with a power unit L formed by an ignition output stage transistor and a temperature sensor T applied on the power unit L.
  • K denotes a heat sink connected to the power unit L.
  • the desired time constant can be set.
  • the temperature level can be adjusted.
  • the temperature of the temperature sensor does not have to be identical to the temperature of the internal combustion engine. It is sufficient if the temperature conditions of the temperature sensor correlated with the temperature conditions of the internal combustion engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit zumindest einer vorzugsweise durch eine Zündkerze gebildeten Zündeinrichtung, wobei zumindest in einem Betriebsbereich ein Rußabbrand durch Erhöhen des thermischen Energieeintrages durchgeführt wird. Um Fehlzündungen zu vermeiden, ist vorgesehen, dass zur Erhöhung des thermischen Energieeintrages der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung verstellt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit zumindest einer vorzugsweise durch eine Zündkerze gebildeten Zündeinrichtung, wobei zumindest in einem Betriebsbereich ein Rußabbrand durch Erhöhen des thermischen Energieeintrages durchgeführt wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Motorsteuerungseinheit für eine Brennkraftmaschine, sowie ein Verfahren zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Bei wiederholten Starts der Brennkraftmaschine und sehr tiefen Motortemperaturen neigt die Zündkerze zum Verrußen. Die Rußbildung kann dabei so stark werden, dass der Zündstrom über die elektrisch leitende Rußschicht in den Zylinderblock abgeleitet wird, ohne das Gemisch zu entflammen. Die Folgen sind Zündaussetzer.
Aus der US 5,142,479 A ist es bekannt, zum Erreichen einer das Rußabbrennen ermöglichenden Temperatur eine Gemischabmagerung durchzuführen.
Weiters ist es beispielsweise aus der US 5,913,302 bekannt, für den Rußabbrand die Zündenergie kurzzeitig zu erhöhen.
Bekannte Maßnahmen zur Durchführung des Rußabbrandes sind aber relativ aufwendig.
Es ist bekannt, Temperatursensoren in integrierte Schaltkreise zu integrieren, z.B. aus der US 6,893,154 B2. Dies gestattet es, die Temperatur von Prozessoren zu überwachen und eine thermische Überbeanspruchung von elektronischen Bauteilen zu vermeiden.
Aus der US 4,487,169 A ist eine elektronische Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der zur Steuerung der Glühkerzen und eines Ventilators als Thermistoren ausgebildete Temperatursensoren vorgesehen sind. Die Temperatursensoren sind in den Zylinderköpfen angeordnet und dienen zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine. Nachteilig ist, dass zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine ein zusätzlicher Aufwand und separate Bauelement erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache und zuverlässige Weise einen Rußabbrand bei einer Zündeinrichtung durchzuführen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine temperaturabhängige Steuerung der Brennkraftmaschine zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zur Erhöhung des thermischen Energieeintrages der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung kurzzeitig auf einen den Rußabbrand fördernden Zeitpunkt verstellt wird. Durch die Verstellung des Zündzeitpunktes über die Motorsteuerung kann der thermische Energieeintrag in die Zündkerze erhöht werden, so dass die Freibrenntemperatur von etwa 4000C schnell erreicht wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung, vorzugsweise um mindestens 5 Grad Kurbelwinkel, besonders vorzugsweise um mindestens 10 Grad Kurbelwinkel, nach Früh verstellt wird. Durch Frühzündung wird der Energieeintrag zur Zylinderwand und somit auch zur Zündkerze erhöht.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung vorzugsweise um zumindest 5 Grad Kurbelwinkel, besonders vorzugsweise um mindestens 10 Grad Kurbelwinkel, nach Spät verstellt wird. Extreme Spätzündung bewirkt, dass hohe Temperaturen länger auf die Zündkerze einwirken können.
Jede Brennkraftmaschine weist eine Grenze für die Früh- und Spätverstellung auf, jenseits der sie unruhig läuft. Diese Grenze ist wenig last- beziehungsweise drehzahlabhängig und liegt beispielsweise etwa zwischen 38 und 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt für die Frühverstellung. In der Praxis empfiehlt sich, die Zuordnung im Bereich niedriger Last auf diesen Wert zu verstellen. Je nach Last ergibt sich dadurch eine Zusatzheizung der Kerze.
Um starke Rußablagerungen zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn die Verstellung des Zündzeitpunktes zumindest unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Im emissionsrelevanten Temperaturbereich muss allerdings auf die Startphase eine Katalysatorheizung durchgeführt werden. Daran kann sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung des thermischen Energieeintrages anschließen.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung und benachbarter Anordnung von Einspritzdüse und Zündkerze tritt das Problem des Verru- ßens der Zündkerze im Schichtbetrieb auf. Der Schichtbetrieb muss für das Entladen eines De-NOx-Katalysators von der Betriebsart "homogen fett" abgelöst werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Verstellung des Zündzeitpunktes während der Regenerationsphase einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines De-NOx-Katalysators der Brennkraftmaschine, durchgeführt wird. Dabei bietet sich insbesondere eine Frühverstellung des Zündzeit- punktes an, weil dabei die Abgastemperatur gesenkt wird und der Betriebsbereich des De-NOx-Katalysators nicht oder nur verlangsamt verlassen wird.
Durch die beschriebenen Maßnahmen werden Rußablagerungen zuverlässig entfernt und rußbedingte Fehlzündungen mit hoher Sicherheit vermieden.
Eine temperaturabhängige Steuerung der Brennkraftmaschine kann einfach dadurch erreicht werden, dass zumindest ein Temperatursensor in die Motorsteuereinheit, vorzugsweise in den Leistungsteil der Motorsteuereinheit, integriert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Bereich des Temperatursensors der Motorsteuereinheit, vorzugsweise im Bereich des Leistungsteils, ein Kühlkörper angeordnet ist.
Das Temperaturverhalten der Motorsteuereinheit, vorzugsweise des Leistungsteils, wird durch Anpassung des Kühlkörpers so modifiziert, dass es mit dem Temperaturverhalten der Brennkraftmaschine korreliert.
Der Leistungsteil, beispielsweise der Leistungstransistor der Zündung, innerhalb der elektronischen Steuereinheit ist mit einem Kühlkörper versehen, dessen Temperaturverlauf (Aufheizkurve, bzw. stationäre Temperatur) möglichst synchron zum thermischen Motorverhalten ist. Die mit dem Temperatursensor er- fasste Temperatur kann gemessen und zur Korrektur des Zündzeitpunktes, bzw. der Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine herangezogen werden.
Der den Temperatursensor aufweisende Leistungsteil wird synchron oder proportional zur Brennkraftmaschine erwärmt und durch den Fahrtwind in gleicher Weise wie die Brennkraftmaschine abgekühlt. Auch die Umgebungstemperatur wird durch den integrierten Temperatursensor berücksichtigt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Zylinder einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine mit einem hin- und hergehenden Kolben 2 und einer durch eine Zündkerze gebildeten Zündeinrichtung 3. Der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung 3 wird über die Motorsteuerung ECU gesteuert. Für die Erfindung nicht wesentliche Elemente, wie Zündspule, Fahrzeugbatterie, Gaswechselkanäle oder dergleichen, sind nicht dargestellt.
In regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen wird von der Motorsteuerung ECU der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung 3 - bezogen auf den Zündzeitpunkt bei normalem Motorbetrieb ohne Rußabbrand - beispielsweise nach Früh verstellt. Dadurch wird der Eintrag an thermischer Energie in den Brennraum 4 erhöht und somit die Temperatur auch im Bereich der Elektroden 5 der Zündeinrichtung 3 auf eine für das Rußfreibrennen notwendige Temperatur von etwa 4000C gesteigert. Nach Abbrennen des Rußes wird der Zündzeitpunkt wieder von der Motorsteuerung ECU auf den normalen Wert zurückgestellt. Im Normalfall muss die Zündkerze die Freibrenntemperatur im gesamten Betriebsbereich überschreiten. Gefahr droht aber insbesondere bei wiederholten Kaltstarts oder besonderen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel direkter Einspritzung mit naher Zündkerzenlage, wobei die Zündkerze angespritzt wird.
Die Fig. 2 zeigt schematisch eine elektronische Steuereinheit ECU mit einem durch einen Zündendstufentransistor gebildeten Leistungsteil L und einem auf dem Leistungsteil L applizierten Temperatursensor T. Mit K ist ein mit dem Leistungsteil L verbundener Kühlkörper bezeichnet.
Durch Verändern der Dicke der Rückenplatte des Kühlkörpers K kann die gewünschte Zeitkonstante festgelegt werden. Über die Ausformung der Verrippung des Kühlkörpers K lässt sich das Temperaturniveau einstellen.
Die Temperatur des Temperatursensors muss nicht identisch sein mit der Temperatur der Brennkraftmaschine. Es genügt, wenn die Temperaturverhältnisse des Temperatursensors mit den Temperaturverhältnissen der Brennkraftmaschine korreliert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit zumindest einer vorzugsweise durch eine Zündkerze gebildeten Zündeinrichtung, wobei zumindest in einem Betriebsbereich ein Rußabbrand durch Erhöhen des thermischen Energieeintrages durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des thermischen Energieeintrages der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung kurzzeitig auf einen den Rußabbrand fördernden Zeitpunkt verstellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung, vorzugsweise um mindestens 5 Grad Kurbelwinkel, besonders vorzugsweise um mindestens 10 Grad Kurbelwinkel nach Früh verstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung vorzugsweise um zumindest 5 Grad Kurbelwinkel, besonders vorzugsweise um mindestens 10 Grad Kurbelwinkel nach Spät verstellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Zündzeitpunktes zumindest unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Zündzeitpunktes während der Regenerationsphase einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines De-NOx-Kata- lysators der Brennkraftmaschine, durchgeführt wird, wobei vorzugsweise der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung nach früh verstellt wird.
6. Motorsteuerungseinheit (ECU) für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperatursensor (T) in die Motorsteuereinheit (ECU), vorzugsweise in einem Leistungsteil (L) der Motorsteuereinheit (ECU), integriert ist.
7. Motorsteuereinheit (ECU) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Temperatursensors (T) der Motorsteuereinheit (ECU), vorzugsweise im Bereich des Leistungsteils (L), ein Kühlkörper (K) angeordnet ist.
8. Motorsteuereinheit (ECU) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturverhalten der Motorsteuereinheit (ECU), Vorzugs- weise das Temperaturverhalten des Leistungsteils (L) mit der Temperatur der Brennkraftmaschine korreliert.
9. Verfahren zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einer Motorsteuereinheit (ECU) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des in die Motorsteuereinheit (ECU) integrierten Temperatursensors das Temperaturverhalten der Brennkraftmaschine überwacht und aufgrund der mit dem Temperatursensor (T) gemessenen Temperatur Zündung und/oder Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine gesteuert werden.
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