WO2008092680A1

WO2008092680A1 - Verbrennungsmotor und verfahren zum steuern und/oder regeln einer kraftstoffeinspritzung beim start des verbrennungsmotors

Info

Publication number: WO2008092680A1
Application number: PCT/EP2008/000754
Authority: WO
Inventors: Alexander Anderson; Martin-Claudio Schuler; Ralf Ziesenis
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2008-08-07
Also published as: DE102007005242A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kraftstoffeinspritzung beim Start eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder, bei dem ein Druckistwert (Pi) in einem dem Zylinder vorgelagerten Saugrohr mittels eines Drucksensors (1) ermittelt und die Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr oder in mindestens einen der Zylinder freigegeben wird, sobald der Druckistwert (Pi) einen vorgegebenen Drucksollwert (Ps) erreicht hat.

Description

Verbrennungsmotor und Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kraftstoffeinspritzung beim Start des

Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kraftstoffeinspritzung beim Start eines Verbrennungsmotors.

Bei einem herkömmlichen Start von Verbrennungsmotoren kommt es häufig zu einer störenden Anhebung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, einem so genannten Uberschwingen, dadurch verursacht, dass der Start in Abhängigkeit von einer bestimmten Drehzahl erfolgt. Die Füllung oder der Fullgrad des Zylinders, d.h. die in einem Zylinder des Verbrennungsmotors befindliche Menge an Kraftstoff-Luft-Gemisch ist dabei nicht genau bestimmbar, da sie nicht von der Drehzahl abhangt, sondern von dem Druck, unter dem das Kraftstoff- Luft-Gemisch steht. Die Füllung schwankt in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und bereits verstrichener Zeit seit Beginn des Starts. Der Verbrennungsmotor und seine Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Zundwinkel etc. werden zum Startzeitpunkt gesteuert, da die für eine Regelung notwendigen Abgaswerte von einer Lambdasonde noch nicht zur Verfugung stehen. Die zur Erreichung eines Lambdawertes von 1 benotigte Kraftstoffmenge kann daher zu diesem Zeitpunkt nur geschätzt werden. Meist wird zum Sicherstellen des Anspringens eine relativ große Menge von Kraftstoff eingespritzt, wodurch das Überschwingen verursacht wird, insbesondere dann wenn die eingespritzte Menge zu einem Lambdawert kleiner 1 geführt hat. Der Lambdawert ist ein Maß, der das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft im für die Verbrennung benötigten Kraftstoff-Luft-Gemisch charakterisiert. Bei einem Lambdawert von 1 befinden sich Kraftstoff und Luft in einem stöchiometrischen Verhältnis, d.h. die Verbrennung erfolgt vollständig, ohne dass Kraftstoff oder Luftsauerstoff übrig bleiben. Lambdawerte größer als 1 kennzeichnen einen Luftüberschuss (mageres Gemisch) , Lambdawerte kleiner als 1 einen Luftmangel (fettes Gemisch). Ein Lambdawert von 1 stellt eine optimale und somit emissionsarme Verbrennung des Kraftstoffes sicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kraftstoffeinspritzung beim Start eines Verbrennungsmotors und einen verbesserten Verbrennungsmotor anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kraftstoffeinspritzung beim Start eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder wird ein Druckistwert in einem dem Zylinder vorgelagerten Saugrohr mittels eines Drucksensors ermittelt. Die Kraftstoffein- spritzung in das Saugrohr oder in mindestens einen der Zylinder wird freigegeben, sobald dieser Druck einen vorgegebenen Drucksollwert erreicht. Der Vergleich zwischen dem Druckistwert und dem Drucksollwert kann in einer Steuereinheit erfolgen, die die entsprechende Kraftstoffeinspritzung auslost. Beim Starten, beispielsweise mittels eines Anlassers oder eines Kurbelwellen-Starter-Generators, sinkt der Druckistwert, der bei stehendem Motor gewöhnlich zunächst dem Außendruck entspricht, in Abhängigkeit von der Stellung einer im Saugrohr angeordneten Drosselklappe und der bereits verstrichenen Zeit seit Beginn des Startvorgangs. Fallt der Druckistwert unter den vorgegebenen Drucksollwert, wird die Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr (bei indirekter Einspritzung) oder in die Zylinder entsprechend ihrer Zundreihenfolge (bei direkter Einspritzung) freigegeben.

Wird dabei eine jeweils vordefinierte Menge von Kraftstoff eingespritzt, startet der Verbrennungsmotor ohne oder mit sehr geringem Uberschwmger, d.h. mit nahezu konstanter Leerlaufdrehzahl, wodurch die negative Komfortbeeinflussung durch den Überschwinger eliminiert bzw. reduziert wird. Die Leerlaufdrehzahl ist dabei unabhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors (beispielsweise Kaltstart, Warmstart oder Wiederstart bei Stopp-Start-Funktionalitat ) reproduzierbar. Die vordefinierte Menge Kraftstoff ist so bemessen, dass sich ein stochiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhaltnis mit einem Lambdawert von 1 ergibt. Bei Benzin als Kraftstoff betragt dieses Verhältnis beispielsweise 1 kg Kraftstoff auf 14,7 kg Luft. Da jeweils einem Druck bzw. Unterdruck im Saugrohr eine Füllung eines der Zylinder entspricht, kann bei Freigabe der Kraftstoffeinspritzung bei einem definierten Druck eine dieser Füllung entsprechende Kraftstoffmenge zur Erzielung eines Lambdawertes von 1 eingespritzt werden, jeweils pro Zylinder und Zündung.

Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist bei gleichem Saugrohrdruck, d.h. gleicher Füllung zur Erzielung eines Lambdawertes von 1 immer gleich, zumindest wenn der Verbrennungsmotor warm ist, beispielsweise beim Wiederstart des Verbrennungsmotors bei einer Stopp-Start-Funktionalitat. Bei kaltem Motor muss der Lambdawert zum Starten kleiner als 1 sein, um einen sicheren Start zu ermöglichen, d.h. das Kraftstoff-Luft- Gemisch muss fett sein. Deshalb wird vorzugsweise eine Motortemperatur ermittelt, beispielsweise mittels eines Temperatursensors. Die ermittelte Motortemperatur wird zweckmaßigerweise zur Festlegung eines temperaturabhangigen Faktors verwendet, mit dem die einzuspritzende Kraftstoffmenge gewichtet wird, um den gewünschten Lambdawert zu erreichen.

Der Druckistwert wird bevorzugt von einem stromabwärts von der Drosselklappe im Saugrohr angeordneten Drucksensor ermittelt, da die Druckverhaltnisse in diesem Bereich für die Füllung der Zylinder maßgeblich sind, wahrend sie stromaufwärts von der Drosselklappe im Bereich des Außendrucks liegen .

Das Verfahren kommt insbesondere bei so genannten Hochdrehzahlstarts zur Anwendung. Ein Hochdrehzahlstart ist durch eine höhere Startdrehzahl, beispielsweise im Bereich zwischen 750 min^"1 und 800 min^"1, gekennzeichnet, die gewohnlich leicht über einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt. Bei einem herkömmlichen Start, beispielsweise mittels eines Anlassers, werden vor dem Zünden des Verbrennungsmotors gewohnlich Drehzahlen im Bereich von 100 min^"1 bis 150 min^"1 erreicht, bei kaltem Verbrennungsmotor gegebenenfalls auch noch geringere Drehzahlen von z.B. 50 min^"1. Ein Hochdrehzahlstart führt zu einer schnellen Evakuierung des Saugrohrs und somit zu einer besseren Gemischbildung und infolgedessen zu einer Reduktion der Emissionen. Da der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung vom Saugrohrdruck abhängt, kann ein Hochdrehzahlstart grundsätzlich genauso behandelt werden, wie ein Start mit normaler Startdrehzahl.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm mit einem Drucksensor, einer Steuereinheit und einer Kraftstoffeinspritz- einrichtung, und

Fig. 2 ein Diagramm mit zeitabhängigen Kurven eines

Druckistwertes in einem Saugrohr und einer Drehzahl einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors.

Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm mit einem Drucksensor 1, einer Steuereinheit 2 und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3. Der Drucksensor 1 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise in einem Saugrohr angeordnet, das einem Verbrennungsmotor vorgelagert ist. Der Drucksensor 1 ermittelt einen Druckistwert Pi im Saugrohr und leitet diesen an die Steuereinheit 2 weiter. Die Steuereinheit 2 vergleicht den Druckistwert Pi mit einem vorprogrammierten oder variabel vorgebbaren Drucksollwert Ps. Beim Start des Verbrennungsmotors fällt der Druckistwert Pi im Saugrohr in Abhängigkeit von der Stellung einer im Saugrohr angeordneten Drosselklappe und der seit Beginn des Startvorgangs verstrichenen Zeit ab. Sobald der Druckistwert Pi den Drucksollwert Ps erreicht oder unterschreitet, sendet die Steuereinheit 2 ein Freigabesignal F an die Kraftstoffeinspritzeinheit 3, die daraufhin eine definierte Kraftstoffmenge in das Saugrohr oder in einen der Zylinder des Verbrennungsmotors einspritzt. Die Kraftstoffmenge ist so bemessen, dass sich für eine Füllung eines Zylinders, die für den Drucksollwert Ps spezifisch ist, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Lambdawert von 1 bildet. Die Verbrennung einer so reproduzierbaren Füllung fuhrt zu einer reproduzierbaren Leerlaufdrehzahl n_L des Verbrennungsmotors .

Der Drucksensor 1 ist im Saugrohr insbesondere stromabwärts von der Drosselklappe angeordnet.

Figur 2 zeigt ein Diagramm mit Kurven des Druckistwertes Pi im Saugrohr und der Drehzahl n einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über der Zeit t. Die als Strich-Punkt-Linie dargestellte Kurve Pi (t) zeigt den Verlauf des vom Drucksensor 1 im Saugrohr gemessenen Druckistwertes Pi über der Zeit wahrend eines Startvorganges, bei dem der Verbrennungsmotor von einer elektrischen Maschine gestartet wird. Hierbei handelt es sich bevorzugt um einen Kurbelwellen-Starter-Generator, insbesondere Hochvolt- Starter-Generator bzw. die elektrische Maschine eines Hybridantriebs. Jedoch kann auch eine andere elektrische Maschine verwendet werden, die den Verbrennungsmotor auf die gewünschten Drehzahlen beschleunigen kann. Ebenso ist eine Anbindung an die Kurbelwelle über beispielsweise einen Riemen möglich. Für einen Verbrennungsmotorstart, bei dem die Freigabe der Kraftstoffeinspritzung bei einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl n_L erfolgt, ergibt sich ein Verlauf der Drehzahl n gemäß der durchgezogen dargestellten Kurve nl(t). Bei Überschreiten der Leerlaufdrehzahl n_L, hier zu einem Zeitpunkt t₂, liegt der Druckistwert Pi im Saugrohr relativ hoch, gekennzeichnet durch einen Kreis um den Druckistwert Pi zum Zeitpunkt t₂. Die Füllung mit Kraftstoff-Luft-Gemisch zu diesem Zeitpunkt t₂ ist nicht bekannt. Um ein sicheres Anspringen zu erreichen, wird eine relativ große Kraftstoffmenge eingespritzt, wobei ein meist zu fettes Kraftstoff-Luft- Gemisch entsteht. Der Verbrennungsmotor springt an und seine Drehzahl n zeigt infolge des fetten Gemisches das in der Kurve nl(t) sichtbare Uberschwmgverhalten . Die Zeitpunkte ti und t₃ sind als exemplarische Grenzen eines Intervalls angegeben, in denen der Verbrennungsmotor bzw. seine Kurbelwelle beim Starten die Leerlaufdrehzahl n_L erreichen kann, wobei sich durch jeweils unterschiedliche Füllung infolge eines unterschiedlichen Druckistwertes Pi im Saugrohr ein unterschiedliches Uberschwmgverhalten ergibt.

Die Kurve n2(t), gestrichelt dargestellt, zeigt hingegen den zeitlichen Verlauf der Drehzahl n, wenn die Kraftstoffeinspritzung beim Start des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit vom Druckistwert Pi im Saugrohr freigegeben wird. Die Drehzahl n steigt, angetrieben durch die elektrische Maschine, bis zur Leerlaufdrehzahl n_L an und verharrt zunächst auf diesem Wert. Zum Zeitpunkt t₄ ist der Druckistwert Pi im Saugrohr infolge der seit Beginn des Startvorgangs verstrichenen Zeit und währenddessen zunehmender Evakuierung des Saugrohrs auf dem Niveau des Drucksollwertes Ps angelangt. Dieser Umstand wird vom Drucksensor 1 erfasst. Die Steuereinheit 2 sendet der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 ein Freigabesignal F. Daraufhin wird eine Kraftstoffmenge in das Saugrohr oder den Zylinder eingespritzt, die so bemessen ist, dass sich bei der durch den Druck im Saugrohr vorgegebenen Füllung ein Lambdawert von ungefähr 1 ergibt. Der Verbrennungsmotor springt an. Durch eine geringfügige Abweichung des Lambdawertes von 1 und/oder durch eine Überlagerung des Drehmoments des Verbrennungsmotors mit dem Drehmoment der elektrischen Maschine kommt es zu einem sehr viel schwacher ausgeprägten Uberschwingen der Drehzahl n als bei dem für die Kurve nl(t) beschriebenen Fall.

Das Verfahren ist ebenfalls bei einem Hochdrehzahlstart anwendbar.

Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann mit einem von der Motortemperatur des Verbrennungsmotors abhangigen Faktor gewichtet sein, um ein Anspringen des Verbrennungsmotors auch bei einem Kaltstart sicher zu stellen.

Die im Ausfuhrungsbeispiel verwendete Leerlaufdrehzahl n_L liegt in einem Bereich zwischen 500 min^"1 und 650 mm^"1. Leerlaufdrehzahlen n_L können aber auch hoher, beispielsweise zwischen 700 min^"1 und 900 min^"1, oder niedriger liegen.

Der im Ausfuhrungsbeispiel benutzte Drucksollwert Ps liegt etwa zwischen 0.35 und 0.45 bar. Der Drucksollwert Ps kann jedoch auch einen anderen Wert annehmen.

Das Verfahren ist alternativ auch auf aufgeladene Verbrennungsmotoren anwendbar. Insbesondere in diesem Fall kann der Drucksollwert Ps großer als 1 bar sein. Bezugszeichen

1 Drucksensor

2 Steuereinheit

3 Kraftstoffeinspritzeinrichtung

F Freigabesignal n Drehzahl nl (t) , n2(t) Kurven der Drehzahl über der Zeit n_L Leerlaufdrehzahl

P Druck

Pi Druckistwert

Pi (t) Kurve des Druckistwertes über der Zeit

Ps Drucksollwert t Zeit ti, t2, t₃, t₄ Zeitpunkte

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kraftstoffeinspritzung beim Start eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder, bei dem ein Druckistwert (Pi) in einem dem Zylinder vorgelagerten Saugrohr mittels eines Drucksensors (1) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr oder in mindestens einen der Zylinder freigegeben wird, sobald der Druckistwert (Pi) einen vorgegebenen Drucksollwert (Ps) erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckistwert (Pi) durch den Drucksensor (1), der stromabwärts von einer Drosselklappe angeordnet ist, ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Start ein Hochdrehzahlstart ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Start eine definierte Kraftstoffmenge in das Saugrohr oder in je einen der Zylinder für je eine Zündung eingespritzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Kraftstoffmenge mit einem von einer Motortemperatur des Verbrennungsmotors abhängigen Faktor gewichtet wird.

6. Verbrennungsmotor, umfassend mindestens einen Zylinder, ein dem Zylinder vorgelagertes Saugrohr und mindestens eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (3) zum Einspritzen eines Kraftstoffes in das Saugrohr oder in mindestens einen der Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass im Saugrohr ein Drucksensor (1) zum Ermitteln eines Druckistwertes (Pi) angeordnet ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (3) in Abhängigkeit von dem Druckistwert (Pi) und einem vorgebbaren Drucksollwert (Ps) aktivierbar ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (3) nur aktivierbar ist, wenn der Druckistwert (Pi) kleiner als oder gleich dem vorgebbaren Drucksollwert (Ps) ist.