WO2008080817A1

WO2008080817A1 - Verfahren zum start einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2008080817A1
Application number: PCT/EP2007/064076
Authority: WO
Inventors: Norbert Mueller; Ruediger Weiss; Tobias Leutwein; Matthias Walz; Elmar Pietsch; Harry Friedmann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2008-07-10
Also published as: US8660776B2; CN101573523A; DE102007027709A1; EP2126320B1; US20110184633A1; BRPI0720865A2; JP2010514976A; KR20090102770A; CN101573523B; EP2126320A1; KR101404878B1

Abstract

Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine, bei der mindestens eine Funktion (T, T1, T2) zu einem bestimmten Kurbelwellenwinkel durch ein Steuergerät gestartet wird, wobei die Funktion vom Start der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer Endbedingung um einen Relativwinkel (ΔKW) zu einem späteren Kurbelwellenwinkel verschoben wird.

Description

Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine, bei der mindestens eine Funktion zu einem bestimmten Kurbelwellenwinkel durch ein Steuergerät gestartet wird.

Zur Synchronisierung, also der Positionsfindung des Kurbelwellenwinkels der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine im Start, kommen derzeit verschiedene Verfahren zum Einsatz. Bei einem ersten Verfahren wird die Auslaufposition der Kurbelwelle während des Absteilens der Brennkraftmaschine bestimmt und diese Information in der Motorsteuerung bis zu einem Neustart gespeichert. Dieses Verfahren wird auch als Auslauferkennung bezeichnet und ist mit größeren Unsicherheiten behaftet, da die Brennkraftmaschine zum Beispiel bei ausgeschalteter Zündung und damit ausgeschaltetem Steuergerät bewegt werden könnte, beispielsweise indem das Fahrzeug bei eingelegtem Gang geschoben wird. Dieses erste Verfahren wird auch als Synchroni- sierungsstufe 1 bezeichnet. Bei einem zweiten Verfahren erfolgt die Auswertung eines Signals eines Nockenwellensensors, wobei das zugehörige Nockenwellengeberrad geeignet ausgeführt sein kann, um eine möglichst schnelle Positionsfindung zu ermöglichen. Ein derartiges Geberrad wird auch als Schnellstart-Geberrad bezeichnet. Diese Synchronisierungsart ist bei Brenn- kraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle mit Unsicherheiten behaftet, da die Nockenwelle im Start fälschlicherweise nicht eingerastet sein könnte. Dieses Verfahren wird auch als Syn- chronisierungsstufe 2 bezeichnet. Bei einem dritten Verfahren erfolgt die Auswertung des Kurbelwellen- sowie Nockenwellen-Sensors zum Zeitpunkt der Lücke im Kurbelwellen-Geberrad. Diese Synchronisierungsart ist mit der geringsten Unsicherheit behaftet, da die zur Geberradlücke gehörige Kurbelwellen- und Nockenwellenposition sicher bestimmt werden kann. Ein derartiges Verfahren wird auch als Synchronisierungsstufe 3 bezeichnet.

Die zuvor genannten Verfahren zur Synchronisierung können parallel voneinander ablaufen. Mit steigender Synchronisierungsstufe reduziert sich die Unsicherheit der Ermittlung des Kurbelwellenwinkels. Die jeweilig erreichte Synchronisierungsstufe während des Losdrehens der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine im Start der Brennkraftmaschine kann zum Beispiel durch eine in einem Steuergerät abgelegte Variable angezeigt werden.

Sobald die Synchronisierung erfolgt ist, können winkelsynchrone Rechenraster (auch als Tasks bezeichnet) ausgeführt werden, welche zum Beispiel eine Kraftstoff-Einspritzung oder eine

Zündung eines Zylinders auslösen können. Die Position der winkelsynchronen Rechenraster relativ zum oberen Totpunkt eines Referenzzylinders ist in der Regel einstellbar. Zu unterschiedlichen Kurbelwellenwinkeln können unterschiedliche Rechenraster mit unterschiedlichen Funktionen ausgeführt werden.

Während eines Starts einer Brennkraftmaschine, sobald also die Drehbewegung der Kurbelwelle beginnt, können winkelsynchrone Rechenraster entsprechend der Informationen einer Auslauferkennung oder des Nockenwellen-Sensors in der Synchronisierungsstufe 1 oder 2 gestartet werden. Motorsteuerungsfunktionen, wie zum Beispiel eine Einspritzung oder Zündung, wel- che in diesen winkelsynchronen Rechenrastern verarbeitet werden, können im Start der Brennkraftmaschine zwar aufgerufen werden, es kann jedoch der Fall sein, dass eine tatsächliche Ansteuerung der entsprechenden Endstufe, zum Beispiel der Zündung oder der Ansteuerung eines Einspritzventils oder dergleichen, solange unterdrückt werden muss, bis die Synchronisierungsstufe 3 erreicht ist, bis also eine größtmögliche Genauigkeit der Kurbelwellenwinkel- Bestimmung gegeben ist.

Das Erreichen der Synchronisierungsstufe 3 bedeutet also, dass die Kurbelwellengeberradlücke oder bei einem Geberrad mit asynchroner Teilung die die Geberradlücke ersetzende asynchrone Anordnung von Zähnen und Zahnlücken, detektiert worden sein muss. Die Geberradlücke wird durch die Montage des Geberrades definiert, ist dabei abhängig von dem jeweiligen Modell der

Brennkraftmaschine und kann zum Beispiel bei 50° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt (OT) eines Referenzzylinders liegen.

Verschiedene Randbedingungen können es erfordern, dass ein bestimmtes winkelsynchrones Rechenraster in einem definierten Winkel vor dem oberen Totpunkt liegen muss. Zusätzlich kann der Fall vorliegen, dass die Genauigkeit einer in diesem Rechenraster gerechneten Motorsteuerungsfunktion es erfordert, dass Berechnungen oder Berechnungsausgaben im Start der Brennkraftmaschine erst bei Synchronisierungsstufe 3 erfolgen können, dass also eine be- stimmte Funktionalität mit ihrer Ausführung im Start der Brennkraftmaschine prinzipiell auf eine erkannte Lücke im Geberrad warten muss.

Dabei kann der Fall eintreten, dass der Start der Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwellen- winkel beginnt, bei dem das winkelsynchrone Rechenraster für eine Funktion gerade überschritten wurde. Beginnt der Start der Brennkraftmaschine also beispielsweise bei einem Kurbelwellenwinkel von 50° vor dem oberen Totpunkt eines Zylinders und beginnt ein winkelsynchrones Rechenraster für eine spezielle Funktion beispielsweise 60° vor dem oberen Totpunkt des Zylinders, so wird diese Funktion erst nach erneutem Erreichen des Kurbelwellenwinkels von 50° vor dem oberen Totpunkt des Zylinders ausgeführt. Dies bedeutet, dass die zugehörige

Funktion erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt, nämlich nach einer Kurbelwellenumdrehung, ausgeführt wird.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm anzugeben, die eine möglichst frühzeitige Ausführung von winkelsynchronen Rechenrastern im Start einer Brennkraftmaschine bewirken.

Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine, bei der mindestens eine Funktion zu einem Kurbelwellenwinkel durch ein Steuergerät gestartet wird, wobei die Funktion vom Start der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer Endbedingung um einen Relativwinkel zu einem späteren Kurbelwellenwinkel verschoben wird. Das Starten der Funktion erfolgt in einem winkelsynchronen Rechenraster, die Funktion wird also zu einem definierten Kurbelwellenwinkel gestartet. Unter Funktion wird hier jede Art der Berechnung oder Steuerung bzw. Regelung von Funktionen der Brennkraftmaschine verstanden, also beispielsweise die Bestimmung eines Zündzeitpunktes, die Bestimmung eines Einspritzzeitpunktes, die Bestimmung einer Einspritzmenge und dergleichen. Unter Start der Brennkraftmaschine wird hier das Einschalten eines Steuergerätes bei nicht drehender Kurbelwelle verstanden. Der Start der Brennkraftmaschine kann auch definiert werden zu dem Zeitpunkt, zu dem eine

Anlasserbetätigung oder der Drehbeginn der Kurbelwelle erfolgt. Unter einem späteren Kurbelwellenwinkel wird hier ein Kurbelwellenwinkel verstanden, der zeitlich gesehen später erreicht wird. Der Relativwinkel ist dadurch in Drehrichtung positiv definiert. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktion ein Ereignis steuert, das um einen Ausführungswinkel nach dem - A -

Start der Funktion ausgeführt wird, und dass der Relativwinkel kleiner als der Ausführungswinkel ist. Die zu dem bestimmten Kurbelwellenwinkel gestartete Funktion berechnet oder steuert ein Ereignis, das um den Ausführungswinkel nach dem bestimmten Kurbelwellenwinkel liegt. Die Funktion benötigt also eine gewisse Zeit und damit einen gewissen überstrichenen Kurbelwellenwinkel bis das Ergebnis der Funktion vorliegt. Der Relativwinkel wird nun so gelegt, dass der Kurbelwellenwinkel, zu dem das Ergebnis der Funktion vorliegt, nicht verschoben werden muss. Vorzugsweise wird der Relativwinkel so groß gewählt, dass ein zeitlich vor der Geberradlücke liegendes Rechenraster nach der Verschiebung nach der Geberradlücke zu liegen kommt. Durch die Lücke ist die Synchronisierungsstufe 3 erreicht und die Einspritzung kann im verschobenen Rechenraster sofort freigegeben werden. Die Funktion muss durch das

Verschieben des Kurbelwellenwinkels, zu dem diese gestartet wird, das Ergebnis schneller liefern, was durch die geringe Kurbelwellendrehzahl während des Starts der Brennkraftmaschine aber gewährleistet ist. Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass die Endbedingung das Erkennen einer Geberradmarkierung für einen ausgewiesenen Absolut-Kurbelwellenwinkel, insbe- sondere das Erkennen einer Geberradlücke, ist. Die Endbedingung kann aber ebenso das Erreichen einer Mindestdrehzahl der Kurbelwelle sein. Bei Erreichen der Endbedingung wird die Verschiebung um den Relativwinkel aufgehoben. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktion die Berechnung von Einspritzparametern und/oder einem Zündzeitpunkt zumindest eines Zylinders der Brennkraftmaschine umfasst. Die Einspritzparameter umfassen vorzugsweise mindestens einen Einspritzbeginn einer Einspritzung.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät oder eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, sowie durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfϊndungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die zeitliche Abfolge von Funktionen für eine 4-Zylmder-Brennkraftmaschine. Ausführungsform der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Diagramm dargestellt, das die Ausführung verschiedener Motorfunktionen über dem Kurbelwellenwinkel zeigt. Der Kurbelwellenwinkel (OKW) ist anhand der oberen Tot- 5 punkte OT der Zylinder 1 bis 4 einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine bezeichnet. Der obere

Totpunkt des Zylinders 1 ist als OT ZyI. 1 bezeichnet, der obere Totpunkt des Zylinders 2 ist als OT ZyI. 2 bezeichnet, der obere Totpunkt des Zylinders 3 ist als OT ZyI. 3 bezeichnet und der obere Totpunkt des Zylinders 4 ist als OT ZyI. 4 bezeichnet. Das Signal eines Kurbelwellengebers SKW ist als Linienzug dargestellt, wobei die Geberradlücke jeweils mit GL bezeich- 0 net ist. Der Start der Brennkraftmaschine erfolgt zu einem, mit einem Pfeil ST bezeichneten

Kurbelwellenwinkel, dieser liegt um wenige Grad nach der Geberradlücke. Bis zum erneuten Erreichen der Geberradlücke GL, dieser Kurbelwellenwinkel ist durch eine senkrechte gestrichene Linie GL2 gekennzeichnet, liegt also keine Synchronisierung des Kurbelwellengebersig- nals anhand der Geberradlücke vor. Nach dem Erreichen der Geberradlücke zu dem Kurbelwel- 5 lenwinkel GL2 liegt eine Synchronisierung vor. Aufrufe von Funktionen (auch als Tasks bezeichnet) sind in Fig. 1 jeweils als senkrechte Linien mit Quadraten als Linienenden bezeichnet. Eine dieser Funktionen ist mit dem Bezugszeichen T gekennzeichnet. Die Aufrufe von Funktionen dienen der Ermittlung von Steuer- oder Regelgrößen einer Brennkraftmaschine o- der zur Durchführung bestimmter Aktionen der Brennkraftmaschine wie z.B. dem Absetzen ei- O ner Einspritzung oder der Zündung einer Zündkerze, wobei die Funktionen durch ein Steuergerät bzw. ein in dem Steuergerät ausgeführten Computerprogramm ausgeführt werden. Die Funktionen T steuern Ereignisse, die um einen Ausführungswinkel A nach dem Beginn der Funktionen ausgeführt werden. Beispielsweise steuert die Funktionen T eine Zündung Z, die um den Ausführungswinkel A später als der Beginn der Funktionen T gestartet wird. Ansaug- 5 phasen für den jeweiligen Zylinder sind als durchgezogene waagerechte Linie bezeichnet, zur leichteren Erkennbarkeit ist wiederum eine der Ansaugphasen mit einem Bezugszeichen AN gekennzeichnet. Die vor der Ansaugphase AN befindliche Ausschiebephase AU ist hier jeweils als kariertes Rechteck dargestellt. Schichteinspritzungen SE sind als nebeneinander liegende und mit einer Linie verbundene Rauten dargestellt, Homogeneinspritzungen HE sind als neben- O einander liegende und mit einer Linie verbundene Rechtecke dargestellt. Zündungen Z sind jeweils als Dreiecke dargestellt. Die zu den Zylindern 1 bis 4, diese sind als ZyI. 1 bis ZyI. 4 bezeichnet, gehörenden Funktionen bzw. Vorgänge sind in der Darstellung der Fig. 1 übereinander dargestellt und mit der entsprechenden Zylinderbezeichnung mit einer gestrichelten Linie versehen. Fig. 1 zeigt unten den Signalverlauf des Kurbelwellengebers, angenommen ist eine Startposition der Brennkraftmaschine direkt nach der Geberradlücke. Dargestellt sind die 180° periodischen Funktionen für die einzelnen Zylinder, welche in diesem Fall solange nach rechts (nach spät) verstellt werden, bis die erste Lücke im Geberrad erkannt ist. Dadurch kann eine Funktio- nalität, welche die Synchronsisierungsstufe 3, also das Vorliegen einer Synchronisierung anhand der Geberradlücke, erfordert, schnellstmöglich ausgeführt werden. Für den Fall, dass diese Funktionalität beispielsweise die Zündausgabe darstellt, kann durch diese Maßnahme eine Zündung von Zylinder 3 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eingeleitet werden, wohingegen ohne die erfindungsgemäße Verschiebung um einen Relativwinkel ΔKW erst eine Zündung von Zylinder 4 möglich wäre.

Eine Funktion Tl des Zylinders 2 und eine Funktion T2 des Zylinders 3 liegen zwischen dem Start der Brennkraftmaschine ST und dem Kurbelwellenwinkel, bei dem die Geberradlücke GL erstmalig erkannt worden ist. Die beiden Funktionen Tl und T2 finden also zwischen dem Start der Brennkraftmaschine zum Kurbelwellenwinkel ST und dem Vorliegen einer gesicherten

Synchronisierung zum Kurbelwellenwinkel GL2 statt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, diese Funktionen um einen Relativwinkel ΔKW zu späteren Kurbelwellenwinkeln hin zu verschieben. Die Relativwinkel ΔKW sind jeweils durch geschwungene Pfeile dargestellt, die Funktion Tl ist um den Relativwinkel ΔKW zur Funktion Tl ' verschoben und die Funktion T2 um den Relativwinkel ΔKW zur Funktion T2'. Dies hat in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Folge, dass die Funktion T2' nunmehr nach dem Erkennen der Geberradlücke GL zum Kurbelwellenwinkel GL2 aufgerufen wird, für die Funktion T2' also nunmehr eine Kurbelwellensynchronisierung vorliegt, während dies bei der nicht verschobenen Funktion T2 nicht der Fall gewesen wäre. Ohne die erfindungsgemäße Verschiebung um den Relativwinkel ΔKW wäre die Funktion T2 erstmalig zwei Kurbelwellenumdrehungen später bei T2x aufgerufen worden. Die Lage von Tl /Tl ' ist mit Unsicherheiten behaftet. In Tl ' können deshalb nur Funktionen berechnet werden, die keine große Genauigkeit erfordern. So könnte in Tl 'z. B. die Homogen-Einspritzmenge für Zylinder 3 berechnet und ausgegeben werden. Für eine Schicht- Einspritzung würde die Genauigkeit nicht ausreichen, ebenso nicht für eine Zündung. Aller- dings kann die Zündung mit der erforderlichen Genauigkeit für Zylinder 3 ja in T2' berechnet werden.

In Tl ' sollten nur Berechnungen ausgeführt werden, die keine höchste Genauigkeit erfordern. Im vorliegenden Beispiel liegt also ein Rechenraster 60° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt und berechnet eine Funktion, zum Beispiel einen Zündwinkel der nächsten Verbrennung. Die Ausgabe dieser Funktion erfordert es jedoch, dass die Motorsteuerung mit größter Zuverlässigkeit synchronisiert ist, somit auf die Lücke im Kurbelwellengeberrad warten muss, welche beispielsweise im vorliegenden Fall 50° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt liegt. Im Startfall muss also auf die Lücke gewartet werden, wenn diese jedoch erkannt ist und damit die Freigabe der Berechnung oder Ausgabe der Funktion vorliegt, dann ist das entsprechende Rechenraster gerade vorbei und es muss auf das nächste entsprechende Rechenraster gewartet werden, welches bei einem 4-Zylindermotor dann in der Regel 720° periodisch liegt, das heißt in diesem Beispiel erst nach 710° Kurbelwellenwinkel wieder auftritt. Dieser Fall ist in Fig. 1 am Beispiel des Zylinders ZyI. 3 verdeutlicht.

Erfindungsgemäß wird das Rechenraster im Startfall nun kurzzeitig an andere Kurbelwellen- winkelpositionen verschoben, um das Startverhalten der Brennkraftmaschine zu beschleunigen. Im Startfall wird also das winkelsynchrone Berechnungsraster vorübergehend an andere Win- kelpositionen verschoben. Im bezeichneten Beispiel bietet sich an, das Rechenraster, welches im Normalbetrieb des Motors bei 60° Kurbelwellenwinkel liegt, so lange auf 50° Kurbelwin- kelwinkel vor dem oberen Totpunkt zu verschieben, bis die Lücke im Geberrad erkannt ist. Der Vorteil ist ein beschleunigtes Startverhalten. Im bezeichneten Beispiel ergibt sich eine 180° Kurbelwellenwinkel frühere Verbrennung, es wird also einen oberen Totpunkt eines Zylinders früher gezündet (beim 4-Zylindermotor wird ein oberer Totpunkt eines Zylinders aller 180° Kurbelwellenwinkel erreicht), bei üblichen Startzeiten einer Brennkraftmaschine und üblichen Anlasserdrehzahlen ergibt sich dadurch eine Startbeschleunigung um bis zu ca. 25 %.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine, bei der mindestens eine Funktion (T, Tl, T2) zu einem bestimmten Kurbelwellenwinkel durch ein Steuergerät gestartet wird, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Funktion vom Start der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer

Endbedingung um einen Relativwinkel (ΔKW) zu einem späteren Kurbelwellenwinkel verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion ein Ereignis steuert, das um einen Ausführungswinkel (A) nach dem Start der Funktion ausgeführt wird und dass der Relativwinkel (ΔKW) kleiner als der Ausführungswinkel (A) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbedingung das Erkennen einer Geberradmarkierung für einen ausgewiesenen Absolut-Kurbelwellenwinkel, ins- besondere das Erkennen einer Geberradlücke, ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbedingung das Erreichen einer Mindestdrehzahl der Kurbelwelle ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion die

Berechnung von Einspritzparametern und/oder einem Zündzeitpunkt zumindest eines Zylinders der Brennkraftmaschine umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzparameter einen Ein- spritzbeginn umfassen.

7. Vorrichtung, insbesondere Steuergerät oder Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.

8. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.