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Dokumentenidentifikation DE19524112A1 01.02.1996
Titel Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Anlassen eines Ottomotors mit sequentieller Kraftstoffeinspritzung
Anmelder Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
Erfinder Krüger, Hinrich, Dr., 93053 Regensburg, DE;
Schneider, Arthur, 38112 Braunschweig, DE
DE-Anmeldedatum 03.07.1995
DE-Aktenzeichen 19524112
Offenlegungstag 01.02.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.1996
IPC-Hauptklasse F02D 41/06
IPC-Nebenklasse F02N 17/00   
Zusammenfassung Um bei einem Ottomotor den Kraftstoff sequentiell einspritzen zu können, muß die Stellung der Kurbelwelle dem Motorsteuergerät bekannt sein. Hierzu ist an der Nockenwelle ein Bezugsmarkensensor angebracht, der alle zwei Kurbelwellenumdrehungen die Einspritzung synchronisiert. Je nach Motorstillstandslage können entsprechend bis zu zwei Kurbelwellenumdrehungen ungenutzt verstreichen, bis die Nockenwellenmarke zum ersten Mal passiert und das Motorsteuergerät synchronisiert. Mit dem neuen Verfahren soll auf einfache Weise eine schnelle Synchronisation möglich sein.
Anstelle einer punktförmigen Synchronisationsinformation benutzt die Erfindung zwei 180°-Marken, die ein Nockenwellenlagesensor als ±-Information auswertet. Jeder Marke ist eine Zylindergruppe zugeordnet, in die beim Startvorgang nach dem Erkennen der Marke eingespritzt wird. Die Zylindergruppe ist dabei so gewählt, daß mindestens ein Zylinder der Zylindergruppe einen Ansaugtakt zumindest überwiegend in dem zugeordneten Nockenwellenlagebereich hat. Durch eine Positionsfeinbestimmung der Kurbelwelle kann bei den ersten voll synchronisierten Arbeitstakten eine eventuell nicht verwertete Starteinspritzung zylinderindividuell berücksichtigt werden. Mit dem Verfahren kann bereits nach einer halben Kurbelwellenumdrehung die erste Zündung des eingespritzten Kraftstoffes erfolgen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Um bei einem Ottomotor den Kraftstoff sequentiell, das heißt, zylinderindividuell einspritzen zu können, muß die Stellung des Kurbeltriebes dem Motor-Steuergerät bekannt sein. Hierzu kann an der Nockenwelle ein Bezugsmarkensensor angebracht sein, der jeweils nach Passieren der Bezugsmarke (entsprechend zwei Kurbelwellen-Umdrehungen) Drehwinkelimpulse der Kurbelwelle abzählt. Bei einer solchen Motorlageerkennung können beim Start des Motors bis zu 2 Kurbelwellen-Umdrehungen ungenutzt verstreichen, bis die Nockenwellen-Marke zum ersten Mal passiert und das Motor-Steuergerät synchronisiert. Zur schnelleren Synchronisierung sind aus den DE-en 36 08 321, 37 42 675, 39 14 169, 42 23 680 und der EP 0 204 220 Nockenwellenscheiben bekannt, die über ihren Umfang verteilt verschiedene Drehinformationen übermitteln. Zur weiteren Verfeinerung der Information werden hierbei entsprechend ausgestaltete Kurbelwellenscheiben eingesetzt. Beim Drehen dieser Scheiben wird ein Binär-Code erzeugt, der bereits nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle zu einer Synchronisation führt. Andere Anlaßverfahren, wie das in der EP 0 520 609 beschriebene, verwenden lediglich einen Sensor beim Starten der Verbrennungskraftmaschine. In wieder anderen Verfahren (DE 39 23 478, EP 0 058 561) wird vorab in alle Zylinder eingespritzt, so daß allein mit der Zünderkennung bereits ein Starten des Motors erfolgt. Hierbei wird allerdings ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs nicht verbrannt. Ein weiteres Verfahren ist aus der EP 0 371 158 bekannt, bei dem in eine Gruppe von Zylindern eingespritzt wird, die keine offenen Einlaßventile haben. Auch hierdurch wird ein früherer Start erreicht, jedoch erfolgt die frühestmögliche Zündung erst nach einer Kurbelwellenumdrehung. Gemäß der US 4,372,273 werden eine Nockenwellenscheibe mit einer 180°-Blende und zwei um 90° versetzte Sensoren eingesetzt, um zu einer frühen Zylindererkennung zu kommen. Die frühe Zylindererkennung wird hierbei durch den (teuren) Einsatz eines zweiten Sensors erkauft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Anlaßverfahren, bei dem mit geringem Aufwand die frühestmögliche Zündung bereits nach einer halben Kurbelwellenumdrehung erfolgen soll, ohne daß eine Vorabeinspritzung in alle Zylinder erfolgt. Aufgabe ist außerdem eine entsprechende Vorrichtung.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren gelöst mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1; bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8.

Erfindungsgemäß werden zwei Nockenwellenbereiche über je 180° gebildet. Dies geschieht mit einer Nockenwellenscheibe, die nicht notwendig an der Nockenwelle liegen muß, sich aber mit dieser synchron (mit gleicher Winkelgeschwindigkeit) dreht, an der zwei 180°-Marken liegen, die von einem Sensor erfaßt werden. Die einzelnen Marken erzeugen im Sensor unterschiedliche Signale, so daß aufgrund des Sensorsignals eine Zuordnung zum jeweiligen Nockenwellenlagebereich möglich ist. Hierdurch ist jede Nockenwellenlage einer der beiden Marken und auch jeweils eine der beiden Kurbelwellenumdrehungen eines Arbeitszyklus einer bestimmten Marke zugeordnet. Jeder Marke ist wiederum ein Zylinder und eine Zylindergruppe zugeordnet. Beim Erkennen eines Motorstarts wird eine der beiden Marken erfaßt und sofort eine Einspritzung an den Zylindern vorgenommen, die der Marke zugeordnet sind. Die Zuordnung ist hierbei so gewählt, daß der Zylinder oder mindestens ein Zylinder der Zylindergruppe einen Ansaugtakt hat, der zumindest überwiegend in dem vom Sensor erfaßten Nockenwellenlagebereich liegt, wobei dieser Ansaugtakt bezüglich eines folgenden Markenwechsels nur so weit in dem von der erfaßten Marke definierten Nockenwellenlagebereich liegt, daß auch eine Kraftstoffeinspritzung, die gegen Ende des Nockenwellenlagebereiches erfolgt, in den entsprechenden Zylinder gelangt (von diesem noch angesaugt werden kann). Wenn in eine Zylindergruppe eingespritzt wird, dann ist die so gewählt, daß mindestens einer der Zylinder, die eine Kraftstoffeinspritzung erhalten, diesen Kraftstoff während oder unmittelbar nach dem Nockenwellenlagebereich, in dem die Einspritzung erfolgt, aufnehmen und zünden kann. Hierbei kann der letzte Ansaugtakt, der dem Nockenwellenlagebereich zugeordnet ist, auch nur teilweise innerhalb dieses Nockenwellenlagebereiches liegen, da je nach Anfangslage innerhalb des Nockenwellenlagebereiches bereits auch ein vorangehender Zylinder zu einem Motorstart führt.

Vorteilhaft wird der letzte Ansaugtakt so in den Nockenwellenlagebereich gelegt, daß eine Kraftstoffeinspritzung unmittelbar vor dem Ende des Nockenwellenlagebereiches von dem letzten Zylinder dieses Bereiches gerade noch verwertet werden kann.

Wenn die Zündung durch den ersten Markenwechsel synchronisiert wird, dann ist der Markenwechsel außerdem so zu legen, daß der erste Zylinder, der innerhalb des Nockenwellenlagebereiches eine Kraftstoffeinspritzung erhält, erst nach dem ersten Markenwechsel seinen Zündzeitpunkt hat. Diese Bedingung läuft konform mit den obigen Bedingungen. Bei dem vorliegenden Anlaßverfahren kann grundsätzlich jeder Zylinder, der ein verdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch enthält, auch gezündet werden, wobei vorteilhaft die Zündung von einem Markenwechsel synchronisiert wird.

Wenn mehrere Zylinder in einer Gruppe zusammengefaßt sind, dann sind das vorzugsweise solche Zylinder, die aufeinanderfolgende Takte haben. Die vorliegende Erfindung erlaubt es hierbei, daß alle Zylinder eines Motors auf die zwei Gruppen aufgeteilt werden, insbesondere aber bei mehr als vier Zylindern kann auf eine geringere Zahl an Zylindern zurückgegriffen werden, wobei insbesondere wieder zu den Zylindern eingespritzt wird, die nahe am Markenwechsel einsaugen. Bei einem Einspritzen des Kraftstoffes in den Saugrohrarm ist die Zylinderwahl so zu treffen, daß nach einem Wechsel der erfaßten Marke zumindest ein Zylinder den eingespritzten Kraftstoff ansaugt oder angesaugt hat.

Vorzugsweise sind die Marken gleichwertig (insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit gerader Zylinderzahl) und umfassen eine gesamte Umdrehung der Nockenwelle (180°-Marken).

Je nach Ausführung der Marken und des Sensors kann die Marke bereits vor einem ersten Drehen der Nockenwelle erfaßt werden, es ist jedoch auch möglich, daß die Marke erst nach einer gewissen (kleinen) Umdrehung der Nockenwelle erfaßt wird.

Üblicherweise wird neben der Positionsbestimmung der Kurbelwelle durch einen Markenwechsel noch eine Positionsfeinbestimmung der Kurbelwelle durchgeführt, die insbesondere bei sich verändernder Drehzahl zur Positionsbestimmung einzelner Zylinder wichtig ist. Mit einer solchen Positionsbestimmung kann auch nach Erreichen eines Markenwechsels, insbesondere nach dem ersten oder zweiten Markenwechsel, die Nockenwellenlage zum Zeitpunkt der Einspritzung rückbestimmt werden, woraus wiederum ermittelbar ist, ob eine Einspritzung (bei mehreren Zylindern) eventuell von einem (oder mehreren) Zylindern nicht angesaugt werden konnte. Wenn dies der Fall ist, wird beim anschließenden Arbeitszyklus die Einspritzung für den (die) Zylinder reduziert bzw. entfällt ganz.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Ottomotor mit sequentieller Einspritzung zu starten, ohne auch nur einen Takt ungenutzt verstreichen zu lassen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Beispielen und drei Figuren näher ausgeführt.

Es zeigen

Fig. 1 einen Nockenwellensensor;

Fig. 2 ein Einspritzdiagramm eines Vierzylinders; und

Fig. 3 ein Einspritzdiagramm eines Sechszylinders.

Zur Bestimmung von Nockenwellenlagebereichen dient eine in Fig. 1 dargestellte Nockenwellenscheibe 1, die hälftig eine erste 180°- Marke 2 und eine zweite 180°-Marke 3 trägt. Die erste 180°-Marke 2 erzeugt an einem Sensor 4 ein High-Signal, die zweite 180°-Marke 3 ein Low-Signal. Beim Drehen (Pfeil) wird eine High-Low-Folge 5 (Fig. 2) gebildet. Statt zweier 180°-Marken können auch unterschiedlich große Marken sowie nicht den gesamten Nockenwellenbereich umfassende Marken eingesetzt werden, wodurch dann weniger oder andere Zylinder angesprochen werden. Wichtig ist hierbei, daß jede Marke in dem Sensor ein markenspezifisches Signal erzeugt, so daß eine Zuordnung erfolgen kann. Die Marken sind vorteilhaft so gewählt, daß der Sensor 4 auch bei Stillstand der Nockenwellenscheibe 1 die Marke erkennt (beispielsweise Lichtschranke). Wenn ein Rotieren der Nockenwellenscheibe 1 zum Erkennen der Marke notwendig ist, dann soll bereits nach wenigen Winkelgraden und auch bei niederer Umdrehungsgeschwindigkeit eine Identifizierung erfolgen.

Ein Anlaßbefehl an den Motor bewirkt folgendes: Der Anlaßbefehl wird beispielsweise dadurch erkannt, daß einem (nicht dargestellten) Motor-Steuergerät das Einschalten eines (nicht dargestellten) Anlassers mitgeteilt wird, oder daß nach vorhergehendem Motorstillstand eine Bewegung an einem (nicht dargestellten) Kurbelwellen- Drehwinkelgeber erkannt wird. Das Motor-Steuergerät erhält von dem Sensor 4 ein High-Signal (h) und erkennt hierdurch, daß sich der (nicht dargestellte) Motor in einem ersten Nockenwellenbereich 6 befindet. Diesem sind die Zylinder 1 und 3 zugeordnet. Unmittelbar nach dem Erkennen des Nockenwellenbereiches 6 wird eine Einspritzung zu den Zylindern 1 und 3 freigegeben. (Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch nur in den nachfolgenden Zylinder 3 eingespritzt werden, wodurch die später beschriebene Rückermittlung entfällt, aber auch eine längere maximale Anlaßdauer in Kauf genommen werden muß.)

Nach der Einspritzung die am Punkt S erfolgt, saugt der Zylinder 3 durch das Drehen der Kurbelwelle (beispielsweise durch einen Anlasser) den eingespritzten Kraftstoff an (Ansaugtakt I) und verdichtet das erhaltene Kraftstoff-Luft-Gemisch (Verdichtungstakt II). Bereits im Ansaugtakt I erfolgt ein Markenwechsel von Marke 2 nach Marke 3, der als High-Low-Wechsel 7 im Steuergerät erkannt wird. Da dieser High-Low-Wechsel 7 im gesamten Arbeitszyklus (I bis IV) spezifisch ist, kann mittels dieses Wechsels die Synchronisation der Einspritzung (und auch der Zündung) erfolgen, so daß bereits der Zylinder 4 seine Einspritzung 8 zum vorgesehenen Zeitpunkt erhält. Sofern erst ein späterer Low-High-Wechsel 9 der Synchronisation der Einspritzung dient, wird mit dem High-Low- Wechsel 7 eine Zwischensynchronisation eingelegt, so daß auch in diesem Fall die Zylinder 4 und 2 bereits ihre vorgesehene Einspritzung erhalten.

Der Wechsel 7 liegt bezüglich der Kurbelwellenstellung so, daß auch bei einem Einspritzen kurz vor dem High-Low-Wechsel 7 der eingespritzte Kraftstoff von dem Zylinder 3 angesaugt werden kann. Der Wechsel liegt also später, wenn der Kraftstoff gut gezielt auf das Einlaßventil (oder auch direkt) eingespritzt wird und liegt früher, wenn der Kraftstoff breit verteilt auf die Wände des Saugrohrarmes gespritzt wird. In der Fig. 2 erfolgt der Wechsel bei 75°-Kurbelwellengrad vor Ende des Taktes I des Zylinders 3. Entsprechendes gilt für den Wechsel 9.

Um in den Zylinder 1 nicht doppelt einzuspritzen, erfolgt eine Rückbestimmung des Einspritzzeitpunktes s durch Zählen von Kurbelwellenimpulsen von s bis zum Wechsel 7 (oder auch 9). Aus der Anzahl der Impulse läßt sich dann nachträglich die Anfangslage des Motors bzw. der Einspritzung feststellen. Da im vorliegenden Fall Zylinder 1 den eingespritzten Kraftstoff nicht ansaugen konnte, wird im ersten vollen Arbeitszyklus nach dem Anlassen die Einspritzung für Zylinder 1 reduziert oder ausgelassen. Entsprechendes gilt, wenn die Rückermittlung des Einspritzzeitpunktes ergibt, daß der eingespritzte Kraftstoff vom Zylinder 1 nur teilweise angesaugt werden konnte. Die Teilmenge des in den Zylinder 1 einzuspritzenden Kraftstoffes richtet sich hierbei nach einem Abstimmungsziel des Anlaßvorganges: Wenn ein schneller Hochlauf des Motors gewünscht ist, so erfolgt eine Einspritzung einer größeren Kraftstoffteilmenge; wenn minimale Abgasemissionen im Vordergrund stehen, dann erfolgt eine geringere Einspritzung.

In Fig. 3 ist das Schema gemäß Fig. 2 für einen Sechszylinder Motor dargestellt, wobei ein High-Low-Wechsel 17 so gelegt ist, daß in die Zylinder 1, 5 und 3 eingespritzt werden kann. Der gesamte Anlaßvorgang erfolgt ansonsten analog dem zu Fig. 2 beschriebenen Verfahren.


Anspruch[de]
  1. 1. Anlaßverfahren einer mehrzylindrischen Vier-Takt-Verbrennungskraftmaschine mit sequentieller Einspritzung, bei dem alle Nockenwellenlagen in einen ersten und und einen zweiten Nockenwellenbereich aufgeteilt sind,

    eine erste Marke dem ersten Nockenwellenlagenbereich und

    eine zweite Marke dem zweiten Nockenwellenlagenbereich zugeordnet ist,

    ein Sensor die Marken erfaßt,

    ein erster Zylinder oder eine erste Zylindergruppe der ersten Marke und ein zweiter Zylinder oder eine zweite Zylindergruppe der zweiten Marke zugeordnet ist,

    mit den Schritten,

    Erkennen eines Motorstarts,

    Erfassen einer Marke mittels des Sensors,

    Einspritzen von Kraftstoff zu dem Zylinder oder der Zylinder- Gruppe, die der erfaßten Marke zugeordnet ist,

    Bilden eines verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches,

    Zünden des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches,

    dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder oder mindestens ein Zylinder der Zylindergruppe, die der erfaßten Marke zugeordnet ist, einen Ansaugtakt zumindest überwiegend in dem Nockenwellenlagebereich hat, dem die erfaßte Marke zugeordnet ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Zylinder, die der erfaßten Marke zugeordnet sind, einen Zündzeitpunkt außerhalb des Nockenwellenlagebereichs haben, dem die erfaßte Marke zugeordnet ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, daß, nach einem Wechsel der erfaßten Marke, eine Zündung in den verdichtenden Zylindern stattfindet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder einer Gruppe aufeinanderfolgende Takte haben.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, nach einem Wechsel der erfaßten Marke, zumindest ein Zylinder den eingespritzten Kraftstoff ansaugt oder angesaugt hat.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionsfeinbestimmung der Kurbelwelle erfolgt.
  7. 7. Verfahren nach nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, nach dem ersten oder nach dem zweiten Markenwechsel, die Nockenwellenlage zum Zeitpunkt der Einspritzung rückbestimmt und ermittelt wird, ob ein Zylinder den eingespritzten Kraftstoff nicht oder nur teilweise ansaugen konnte, und daß bei der anschließenden sequentiellen Einspritzung an diesem Zylinder eine geringere oder keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
  8. 8. Mehrzylindrische Vier-Takt-Verbrennungskraftmaschine mit sequentieller Einspritzung, enthaltend eine Nockenwellen- Lagererkennung mit zwei Marken (2, 3), wobei die Erkennung zu jeder Marke ein von der anderen Marke unterscheidbares Signal (h, l) liefert, eine erste Zylinderzuordnung (Zyl. 1, 3) zu der ersten Marke (2) und eine zweite Zylinderzuordnung (Zyl. 4, 2) zu der zweiten Marke (3), Mittel zum Erkennen eines Motorstarts, Mittel zum Einspritzen von Kraftstoff zu einzelnen Zylindern, Mittel zum Zünden eines verdichteten Kraftstoff- Luft-Gemisches und eine Steuerung, die nach dem Erkennen eines Motorstarts eine Einspritzung zu den Zylindern freigibt, die einer beim Motorstart erfaßten Marke zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Zylinder zu einer Marke derart ist, daß mindestens ein Zylinder einen Ansaugtakt (I) zumindest überwiegend in dem Nockenwellenlagebereich hat, dem die erfaßte Marke zugeordnet ist.






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