| Dokumentenidentifikation |
DE102005016067B4 21.06.2007 |
| Titel |
Verfahren zur Erhöhung der Start-Reproduzierbarkeit bei Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmachine |
| Anmelder |
Siemens AG, 80333 München, DE |
| Erfinder |
Beer, Johannes, 93051 Regensburg, DE;
Herfurth, Roland, 93051 Regensburg, DE |
| DE-Anmeldedatum |
07.04.2005 |
| DE-Aktenzeichen |
102005016067 |
| Offenlegungstag |
19.10.2006 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
21.06.2007 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
21.06.2007 |
| IPC-Hauptklasse |
F02D 45/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
|
| IPC-Nebenklasse |
F02D 41/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
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| Beschreibung[de] |
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung
der Start-Reproduzierbarkeit bei Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs mit Startoptimierung.
Um den Kraftstoffverbrauch in Kraftfahrzeugen zu senken, erfolgt bei
Stillstand des Kraftfahrzeugs ein Anhalten oder Stoppen der Brennkraftmaschine gefolgt
von einem erneuten Starten, sobald das Kraftfahrzeug weiter fahren soll. Dieser
Start-Stopp-Betrieb wird mit einer Start-Optimierung eingesetzt, die ein Starten
der Brennkraftmaschine ermöglicht, noch bevor eine Synchronisation mit der
Kurbelwelle stattgefunden hat. Voraussetzung für die Start-Optimierung ist
die Kenntnis der Motorposition nach dem Stoppen der Brennkraftmaschine, so dass
bei Erkennen einer ersten Zahnflanke des Kurbelwellengebers die aktuelle Motorposition
bis zur Synchronisation durch Inkrementierung ermittelt werden kann. Nach der Synchronisation
wird der Startvorgang in herkömmlicher Weise fortgesetzt.
Die unterschiedlichen Drehzahlverläufe einer hochlaufenden Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung, die mit oder ohne Start-Optimierung betrieben wird, sind
in 1 gezeigt. Die gestrichelte Kurve zeigt einen Drehzahlverlauf
für einen Betrieb ohne Startoptimierung, während die durchgezogene Kurve
den Drehzahlverlauf für einen Betrieb mit Start-Optimierung wiedergibt. Die
Drehzahlverläufe sind über derselben Zeitachse aufgetragen, so dass ein
direkter zeitlicher Vergleich beider Drehzahlverläufe möglich ist. Man
erkennt, dass zum Zeitpunkt t = 430 ms die Brennkraftmaschine mit Start-Optimie-rung
bereits Leerlaufdrehzahl erreicht hat, während die Brennkraftmaschine mit herkömmlicher
Startstrategie zu diesem Zeitpunkt zum ersten Mal zündet. Die Kurve für
den Betrieb mit Start-Optimierung zeigt starke Drehzahlschwankungen während
des Hochlaufens. Diese Schwankungen entstehen auf Grund der Einflüsse der durch
den Zylinder zu verrichtenden Kompressionsarbeit, der Reibung und durch eine diskontinuierliche
Momentenfreisetzung. Ein derartiger Start-Stopp-Betrieb wird durch die
DE 43 04 163 A1 offenbart, deren
Start-Optimierung in 2 dargestellt ist. Man kann erkennen,
dass die unterschiedlichen Zylinderfüllungen der ersten Verbrennung beispielsweise
bei einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine während der Start-Optimierung, d.
h. vor der Synchronisation, von der Stoppposition der Brennkraftmaschine abhängen.
Bei einer Brennkraftmaschine mit mehr als vier Zylindern sind auch mehrere erste
Verbrennungen während der Start-Optimierung möglich, die das Startverhalten
der Brennkraftmaschine beeinflussen. Die Abhängigkeit von der Stoppposition
ergibt sich im Speziellen für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen. Denn
nur bei direkter Einspritzung nach dem Schließen des Einlassventils kann noch
Kraftstoff in den Brennraum eingebracht und so eine Verbrennung einer von der Stoppposition
abhängigen Zylinderfüllung realisiert werden. Bei Saugrohreinspritzern
ist hingegen die Einspritzung am Ende der Ansaugphase abgeschlossen, so dass sich
bei der Start-Optimierung eines Saugrohreinspritzers immer eine maximale Zylinderfüllung
für die erste Verbrennung ergibt.
Wie 2 zeigt, sind je nach Stoppposition
einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern eine oder mehrere Verbrennungen während
der Start-Optimierung möglich. Die Stopppositionen und die weiter hier diskutierten
Positionen werden jeweils als Kurbelwellenwinkel angegeben. Diese Verbrennungen
gestalten aufgrund ihrer Zylinderfüllungen den variierenden Drehzahlverlauf
bis zur Synchronisation. Aufgrund dieser variierenden Ausgangsbedingungen der jeweiligen
Verbrennung während der Start-Optimierung wird chemische Energie nicht reproduzierbar
in kinetische Energie umgewandelt. Dies ist beispielgebend in 3
dargestellt, die vergleichend die Drehzahlverläufe sowie die Drehbeschleunigungen
eines Starts der Brennkraftmaschine ausgehend von einer Stoppposition von 45°
nach dem oberen Totpunkt und von 90° nach dem oberen Totpunkt zeigt. Man erkennt,
dass die Drehbeschleunigung mit ca. 4500 U·min–1·s–1
bei einer Stoppposition von 45° nach dem oberen Totpunkt fast doppelt so groß
ist wie die Drehbeschleunigung von 2600 U·min–1·s–1
bei einer Stoppposition von 90° nach dem oberen Totpunkt. Diese unterschiedliche
Dynamik während der Start-Optimierung führt gerade bei Fahrzeugen mit
längs eingebauter Brennkraftmaschine aufgrund der Drehimpulserhaltung zu einem
Gegenmoment, das an der Fahrzeuglängsachse wirkt. In Abhängigkeit von
der Stoppposition ist dieses Gegenmoment unterschiedlich groß und erzeugt eine
entsprechende Wankneigung des Kraftfahrzeugs. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs wird
diese Wankneigung als eine „Unruhe" im Kraftfahrzeug oder als eine Störung
seines „Startgefühls" wahrnehmen. Für das Wohlbefinden des Fahrers
ist daher eine Reproduzierbarkeit des Startverhaltens einer Brennkraftmaschine unabhängig
von ihrer Stoppposition im Start-Stopp-Betrieb erforderlich.
Weitere Verfahren für den Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine
sind in JP-2001-055943 A und JP 2004-218606 A beschrieben. JP-2001-055943 A beschreibt
ein Betriebssteuergerät einer automatischen Startvorrichtung für eine
Brennkraftmaschine. Die Kraft, die sich aus den aktuellen Startbedingungen ergibt,
wird mit einer vorgegebenen Kraft zum Start des Kraftfahrzeugs verglichen. Basierend
auf diesem Vergleich werden Steuerparameter der Brennkraftmaschine derart angepasst,
dass beim Starten der Brennkraftmaschine die vorgegebene Kraft
erzielt wird, so dass die Startbedingungen für den Fahrer im Wesentlichen als
konstant empfunden werden. JP 2004-218646 A offenbart eine automatische Stopp-Start-Vorrichtung
einer Brennkraftmaschine. Diese Vorrichtung umfasst ein Begrenzungsmittel, mit dem
der der Brennkraftmaschine zugeführter Kraftstoff derart limitiert wird, dass
eine starke Zunahme des Drehmoments der Brennkraftmaschine verhindert ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Erhöhung der Start-Reproduzierbarkeit einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
mit Start-Optimierung bereitzustellen.
Die obige Aufgabe wird durch das im unabhängigen Anspruch 1 definierte
Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des
Verfahrens sind in der folgenden Beschreibung und in den abhängigen Ansprüchen
dargelegt.
Das vorliegende Verfahren ist darauf gerichtet, dass im Rahmen der
Start-Optimierung einer Brennkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb ein reproduzierbares
Startverhalten der Brennkraftmaschine bzw. eine Start-Reproduzierbarkeit erzeugt
wird, um den Start-Stopp-Betrieb für den Nutzer des Kraftfahrzeugs so komfortabel
wie möglich zu gestalten. Es erhöht die Start-Reproduzierbarkeit, indem
ausgehend von einer Stoppposition der Brennkraftmaschine zunächst ein maximal
möglicher Drehzahlgradient für die erste oder die ersten Verbrennungen
in der Start-Optimierungsphase berechnet wird. Ob während der Start-Optimierungsphase
nur eine oder eine Mehrzahl von ersten Verbrennungen zu berücksichtigen ist,
richtet sich nach der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine und der somit jeweils
in den verschiedenen Zylindern möglichen ersten Verbrennung vor der Synchronisation.
Dieser maximal mögliche Drehzahlgradient ergibt sich aus der optimalen Ausnutzung
der bei dieser Stoppposition der Brennkraftmaschine möglichen maximalen Zylinderbefüllung
mit Kraftstoff und Luft sowie aus der Umsetzung dieser Zylinderfüllung mit
Hilfe eines optimalen Zündwinkels.
Da mit der vorliegenden Erfindung gerade nicht der jeweils maximal
mögliche Drehzahlgradient der ersten Verbrennung oder Verbrennungen während
der Start-Optimierung realisiert werden soll, wird in einem weiteren Schritt der
maximal mögliche Drehzahlgradient auf einen festgelegten Drehzahlgradienten
reduziert, der für verschiedene Stopp-Positionen der Brennkraftmaschine realisierbar
ist. Das besagt, dass man einen Drehzahlgradienten festlegt, der kleiner als der
maximal mögliche Drehzahlgradient und für die verschiedenen Stopppositionen
reproduzierbar ist. Der festgelegte Drehzahlgradient wird derart gewählt, dass
er dem maximal möglichen Drehzahlgradienten der am häufigsten auftretenden
Stoppposition der betrachteten Brennkraftmaschine entspricht. Da die am häufigsten
auftretende Stoppposition durch die Eigenschaften der Brennkraftmaschine beeinflusst
wird, kann auch der festgelegte Drehzahlgradient für unterschiedliche Brennkraftmaschine
verschieden sein. Der Drehzahlgradient einer Stoppposition, die vor der Stoppposition
des festgelegten Drehzahlgradienten, d.h. bei kleinerem Kurbelwellenwinkel, liegt,
kann durch das nachfolgend beschriebene Verfahren auf den festgelegten Drehzahlgradienten
reduziert werden. Es kann aber auch eine Stoppposition auftreten, die nach der am
häufigsten auftretenden Stoppposition liegt. In diesem Fall kann der Drehzahlgradient
der ersten Verbrennung nicht auf den festgelegten Drehzahlgradienten gesteigert
werden. Aus diesem Grund wird bevorzugt ein festgelegter Drehzahlgradient gewählt,
der einer Stoppposition mit größerem Kurbelwellenwinkel als der häufigsten
Stoppposition der Brennkraftmaschine entspricht. Der festgelegte Drehzahlgradient
kann daher trotz unterschiedlicher Stopppositionen erzeugt werden, weil der jeweils
maximal mögliche Drehzahlgradient der einzelnen Stoppposition größer
oder gleich dem festgelegten Drehzahlgradienten ist. Reduziert man nun gezielt den
jeweils maximal möglichen Drehzahlgradienten auf den festgelegten Drehzahlgradienten,
erhält man die gewünschte Reproduzierbarkeit. Diese Reproduzierbarkeit
während der Start-Optimierung gewährleistet dem Nutzer des Kraftfahrzeugs
ein gleichmäßiges Verhalten der Brennkraftmaschine und auf diese Weise
ein komfortables „Startgefühl". Der maximal mögliche Drehzahlgradient
kann auf den festgelegten Drehzahlgradienten reduziert werden, indem mit Hilfe einer
Zündwinkel-Spätverstellung die Effizienz der ersten Verbrennung oder der
ersten Verbrennungen und/oder mit einer Einlassventil-Spätverstellung die Zylinderfüllung
für die erste oder ersten Verbrennungen gezielt auf den gewünschten Wert
angepasst wird.
Zur Vereinfachung und Beschleunigung des Verfahrens wird gemäß
einer Ausführungsform auf ein Kennfeld für den maximal möglichen
Drehzahlgradienten zurückgegriffen, das den maximal möglichen Drehzahlgradienten
bei optimalem Zündwinkel und optimaler Kraftstoffmenge in Abhängigkeit
von der Stoppposition der Brennkraftmaschine und einer Motortemperatur wiedergibt.
Dieser dem Kennfeld zu entnehmende maximal mögliche Drehzahlgradient wird dann
mit einem für verschiedene Stopppositionen festgelegten Drehzahlgradienten
ins Verhältnis gesetzt, um darüber die Effizienz der ersten Verbrennung
bzw. Verbrennungen der Start-Optimierung einstellen zu können. Dieses Verhältnis
bildet den Zündwinkel-Wirkungsgrad, der angibt, wie stark der maximal mögliche
Drehzahlgradient für die vorliegende Stoppposition reduziert werden muss,
um ein reproduzierbares und für den Fahrer angenehmes „Startgefühl"
des Kraftfahrzeuges zu erzielen.
Sollte die Brennkraftmaschine mit einer Verstellung der Zeitpunkte
für das Öffnen und Schließen der Einlassventile arbeiten, kann auf
diese Weise ebenfalls der für eine bestimmte Stoppposition der Brennkraftmaschine
erzielbare maximal mögliche Drehzahlgradient angepasst werden. In dieser Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens wird die Einlassventil-Spätverstellung ebenfalls
in der Berechnung des Zündwinkel-Wirkungsgrads berücksichtigt.
Um abschließend die Effizienz der ersten Verbrennung/Verbrennungen
während der Start-Optimierung gezielt zu reduzieren, wird aus dem Zündwinkel-Wirkungsgrad
ein Zündwinkel-Offset berechnet, um den der optimale Zündwinkel der ersten
Verbrennung oder Verbrennungen in Richtung spät verschoben wird. Auf diese
Weise wird zwar die Effizienz der Verbrennung während der Start-Optimierung
reduziert, gleichzeitig werden aber die für ein angenehmes „Startgefühl"
erforderlichen reproduzierbaren Kolbenkräfte gewährleistet.
Die begleitenden Zeichnungen zeigen:
1 eine vergleichende Darstellung der Motordrehzahl
für eine Brennkraftmaschine mit Start-Optimierung und eine Brennkraftmaschine
ohne Start-Optimierung,
2 die Darstellung einer Start-Optimierung mit einer
in Bezug auf den Zünd-OT definierten Stoppposition, wie sie aus dem Stand der
Technik bekannt ist,
3 den Vergleich der ersten startoptimierten Zündung
bei der Stoppposition von 45° nach dem oberen Totpunkt und bei der Stoppposition
von 90° nach dem oberen Totpunkt.
Beim Abstellen eines Kraftfahrzeugs bleibt die Brennkraftmaschine
nach dem Zufallsprinzip in unterschiedlichen Stopppositionen &agr;stopp
stehen. In Abhängigkeit von der Drosselklappenöffnung ergibt sich dabei
eine mittlere Abstellposition von ca. 90° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen
Totpunkt. Die auftretenden Stopppositionen sind um diesen als Mittellage angenommenen
Winkel annähernd gaussverteilt. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass Brennkraftmaschinen
aufgrund ihres Aufbaus, ihrer Zylinderzahl oder aufgrund anderer Konfigurationsdaten
eine andere mittlere Abstellposition &agr;stopp zeigen.
Um die Reproduzierbarkeit des Startverhaltens in Abhängigkeit
von der Stoppposition zu erzeugen, d. h. um für die verschiedensten Stopppositionen
einer Brennkraftmaschine immer wieder den gleichen Drehzahlgradienten beim erneuten
Starten zu erzielen, wird ein Verfahren angewandt, mit dem die Effizienz der ersten
Verbrennung der Start-Optimierung – also die Verbrennungen vor der Synchronisation
– gezielt reduziert wird. Dieses Verfahren kann sich ebenfalls auf eine Mehrzahl
von ersten Verbrennungen der Start-Optimierung erstrecken, wie sie bei einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine auftreten kann. Dadurch wird ein annähernd konstanter Drehzahlgradient
aus jeder beliebigen Stoppposition heraus generiert, weil diese die gleiche oder
eine größere Zylinderfüllung als eine unten näher erklärte
Soll-Stoppposition (Referenzposition) aufweist.
Die Effizienz der Verbrennung während der Start-Optimierung wird
einerseits über die Verstellung des Zündwinkels oder andererseits über
die im Zylinder zur Verfügung stehende Luftmenge eingestellt. Es ist ebenfalls
bevorzugt, beide Einstellverfahren für die Steuerung des Start-Stopp-Betriebs
einer Brennkraftmaschine kombiniert zu nutzen.
Zunächst erfolgt als Grundlage für das vorliegende Verfahren
die Bestimmung der Stoppposition &agr;stopp der Brennkraftmaschine
beispielsweise mit Hilfe eines Kurbelwellengebers. Dieser Kurbelwellengeber erfasst
den Kurbelwellenwinkel auch nach Abschalten der Brennkraftmaschine. Die Stoppposition
&agr;stopp legt den durch die Brennkraftmaschine erzielbaren maximal
möglichen Drehzahlgradienten &ohgr;max der ersten Verbrennung/Verbrennungen
fest, für die noch keine vollständige Zylinderfüllung vorliegt, wenn
die Brennkraftmaschine während der Start-Optimierung erneut gestartet wird.
Der maximal mögliche Drehzahlgradient &ohgr;max ergibt sich ausgehend
von der Stoppposition &agr;stopp, der bei dieser Stoppposition &agr;stopp
möglichen optimalen Zylinderfüllung mit Luft und Kraftstoff und der Annahme,
dass diese Zylinderfüllung bei optimalem Zündwinkel gezündet wird.
Es können auch noch weitere Parameter zur Bestimmung des maximal möglichen
Drehzahlgradienten &ohgr;max berücksichtigt werden, wie beispielsweise
die Motortemperatur TCO. Gemäß einer Ausführungsform ist der maximal
mögliche Drehzahlgradient als eine Funktion von der Stoppposition und der Motortemperatur
&ohgr;max = &ohgr;max (&agr;stopp, TCO) unter
der Annahme einer optimalen Einspritzmenge, eines optimalen Zündwinkels und
eines optimalen Einlassventil-Schließens bestimmt.
Um den Aufwand zur Berechnung des maximal möglichen Drehzahlgradienten
&ohgr;max durch das Betriebssteuergerät der Brennkraftmaschine
zu begrenzen, wird bevorzugt der entsprechend der Stopp-Position &agr;stopp
maximal mögliche Drehzahlgradient &ohgr;max nicht ständig
neu berechnet, sondern aus einem gespeicherten Kennfeld ausgelesen. Ein derartiges
Kennfeld kann beispielsweise für jeden Typ einer Brennkraftmaschine empirisch
ermittelt und dann in dem Betriebssteuergerät abgespeichert werden. Aus dem
bevorzugten Kennfeld wird nach Bestimmen der Stoppposition &agr;stopp
und der Temperatur TCO der Brennkraftmaschine der entsprechende maximal mögliche
Drehzahlgradient &ohgr;max ausgelesen, während ebenfalls die obigen
Annahmen gelten.
Um die aufgrund der unterschiedlichen Stopppositionen &agr;stopp
erzielbaren maximal möglichen Drehzahlgradienten &ohgr;max auf
ein gemeinsames Drehzahlgradientenniveau zu bringen, wird die Soll-Stoppposition
&agr;stopp-soll festgelegt. Diese Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll
zeichnet sich dadurch aus, dass die allgemein üblichen Stopppositionen &agr;stopp
der Brennkraftmaschine an oder vor dieser Position liegen. Obwohl auch ein geringer
Anteil der Stopppositionen hinter der Soll-Stoppposition liegen kann, ist die Soll-Stoppposition
derart gewählt, dass eine effektive Startoptimierung mit kurzen Startzeiten
erzielt wird. Basierend auf dieser Auswahl wird gewährleistet, dass der ausgehend
von der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll erreichbare maximal mögliche
Drehzahlgradient aus jeder Stopp- oder Auslaufposition der Brennkraftmaschine nicht
überschritten wird. Dies erfolgt mit optimaler Zylinderfüllung und optimalem
Zündwinkel bei Übereinstimmung der Stoppposition &agr;stopp
mit der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll. Bei einer Stoppposition
&agr;stopp kleiner als die Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll
ergibt sich eine größere Zylinderfüllung im Vergleich zur Soll-Stoppposition
(Referenzposition), so dass mit reduzierter Effizienz der ersten Verbrennung/Verbrennungen
der maximal mögliche Drehzahlgradient der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll
eingestellt wird. Dieser aus der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll
bei optimalen Bedingungen erreichbare maximal mögliche Drehzahlgradient wird
als festgelegter Drehzahlgradient bezeichnet. Es ist ebenfalls bevorzugt, den festgelegten
Drehzahlgradienten in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine,
wie beispielsweise eine Soll-Motortemperatur TCOsoll, zu definieren.
Liegt die Stoppposition &agr;stopp vor der Soll-Stoppposition
&agr;stopp-soll, wie es aufgrund der Wahl der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll
bei beispielsweise 90° nach dem oberen Totpunkt der Fall ist, kann über
eine Verminderung des Zündwinkelwirkungsgrads &eegr;IGA der Drehzahlgradient
der ersten Verbrennung während der Start-Optimierung auf den maximal möglichen
Drehzahlgradienten entsprechend der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll
vermindert werden. Des Weiteren kann eine Abweichung weiterer Betriebsparameter
der Brennkraftmaschine von ihrem Soll-Wert mit Hilfe der Verminderung des Zündwinkelwirkungsgrads
ausgeglichen werden. Ein Beispiel dafür ist die Motortemperatur TCO, deren
Abweichung von der Soll-Motortemperatur TCOsoll kompensiert wird. Der
Zündwinkelwirkungsgrad &eegr;IGA berechnet sich als Funktion von
der Stoppposition &agr;stopp und der Motortemperatur TCO gemäß
dem folgenden Quotienten:
mit &agr;stopp ≤ &agr;stopp-soll,
- &eegr;IGA
- Zündwinkelwirkungsgrad,
- &agr;Stopp
- Stoppposition,
- TCO
- Motortemperatur,
- &ohgr;max
- maximal möglicher Drehzahlgradient,
- &agr;stopp-soll
- Soll-Stoppposition.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden
Verfahrens lässt sich der Drehzahlgradient nicht nur über den Zündwinkelwirkungsgrad
und die nachfolgende Zündwinkelverstellung, sondern ebenfalls über das
Anpassen der im Zylinder befindli chen Luftmenge einstellen. Diese Einstellmöglichkeit
kann allein oder in Kombination mit der Spätverstellung des Zündwinkels
angewandt werden. Die Luftmenge, die im Zylinder im ersten Kompressionstakt verdichtet
wird, lässt sich durch eine Verstellung der Einlass-Nockenwelle nach spät
verringern. Bliebe die Brennkraftmaschine in einer Stoppposition &agr;stopp
am unteren Totpunkt stehen, würde sich eine maximale Zylinderfüllung mit
Luft und Kraftstoff und somit auch ein maximal möglicher Drehzahlgradient ergeben.
Wird die Einlass-Nockenwelle nun auf maximal spät gestellt, so dass ein Schließen
des Einlassventils bei beispielsweise 70° nach dem unteren Totpunkt erfolgt,
so wird bis zum Schließen des Einlassventils (EVS) ein Teil der Luft während
des Kompressionstaktes ins Saugrohr zurückgeschoben. Auf diese Weise lässt
sich für eine Stoppposition &agr;stopp vor dem Schließen
des Einlassventils EVS eine von der Stoppposition &agr;stopp unabhängige
Zylinderfüllung einstellen, die jedoch durch das Schließen des Einlassventils
eingestellt wird. Der erzielbare Drehzahlgradient entspricht in diesem Fall einer
Stoppposition &agr;stopp, die der Schließposition
EVS des Einlassventils gleich ist (vgl. die unten stehende Formel). Die oben beschriebene
Beeinflussung der Zylinderfüllung über eine Verstellung der Einlass-Nockenwelle
setzt ein Verstellsystem voraus, das auch bei Stillstand der Brennkraftmaschine
betrieben werden kann. Dies ist beispielsweise mit elektrischen Nockenwellenstellern
oder mit einer elektrischen Ventilsteuerung in nockenwellenlosen Brennkraftmaschinen
möglich.
Wird, wie oben beschrieben, die Zylinderfüllung über spätes
Schließen des Einlassventils vermindert, so ist die Stoppposition &agr;stopp
durch die Schließposition EVS des Einlassventils definiert, da erst die Schließposition
die Zylinderfüllung und den damit maximal möglichen Drehzahlgradienten
&ohgr;max bei optimalen Bedingungen festlegt. Angewandt auf diese Randbedingungen
der Brennkraftmaschine lässt sich auch hier der bereits oben genannte Zündwinkelwirkungsgrad
&eegr;IGA mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnen.
für &agr;stopp ≤ &agr;stopp-soll,
und EVS ≤ &agr;stopp-soll,
- &eegr;IGA
- Zündwinkelwirkungsgrad,
- &agr;Stopp
- Stoppposition,
- TCO
- Motortemperatur,
- &ohgr;max
- maximal möglicher Drehzahlgradient,
- &agr;stopp-soll
- Soll-Stoppposition,
- EVS
- Schließposition des Einlassventils.
Aus dem in den obigen Gleichungen definierten Zündwinkelwirkungsgrad
wird abschließend ein Zündwinkel-Offset &Dgr;IGA für
die erste Verbrennung berechnet. Dieser Zündwinkel-Offset ist eine Funktion
des Zündwinkelwirkungsgrads &eegr;IGA, der Stoppposition &agr;stopp
und der Motortemperatur TCO, so dass sich der Zusammenhang ergibt &Dgr;IGA
= &Dgr;IGA(&eegr;IGA, &agr;stopp, TCO). Dieser
Zündwinkel-Offset verschiebt den Zündwinkel in Richtung spät bei
einem zu erwartenden maximal möglichen Drehzahlgradienten der Stoppposition
&agr;stopp, der über dem festgelegten Drehzahlgradienten liegen
würde. Auf diese Weise wird die Effizienz der ersten Verbrennung reduziert
und somit der tatsächlich erzielte Drehzahlgradient auf das Niveau des festgelegten
Drehzahlgradienten verringert.
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| Anspruch[de] |
Verfahren zur Erhöhung der Start-Reproduzierbarkeit bei Start-Stopp-Betrieb
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit Startoptimierung, das die folgenden
Schritte aufweist:
a. Erfassen einer Stoppposition &agr;Stopp der Brennkraftmaschine,
b. Bestimmen eines mit einer ersten Verbrennung mit Startoptimierung maximal möglichen
Drehzahlgradienten &ohgr;max in Abhängigkeit von der Stoppposition
&agr;stopp, einer in einem Zylinder der Brennkraftmaschine vorhandenen
Kraftstoffmenge und einer in dem Zylinder vorhandenen Luftmenge bei einem optimalen
Zündwinkel und
c. Festlegen eines Drehzahlgradienten, der kleiner als der maximal mögliche
Drehzahlgradient &ohgr;max und für verschiedene Stopppositionen
&agr;stopp reproduzierbar ist, indem mit Hilfe einer Zündwinkel-Spätverstellung
die Effizienz der ersten Verbrennung oder Verbrennungen und/oder mit einer Einlassventil-Spätverstellung
die Zylinderfüllung für die erste Verbrennung oder ersten Verbrennungen
gezielt verringert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt:
Bestimmen des maximal möglichen Drehzahlgradienten &ohgr;max durch
Auslesen eines Kennfelds, das den maximal möglichen Drehzahlgradienten &ohgr;max
bei optimalem Zündwinkel und optimaler Kraftstoffmenge in Abhängigkeit
von der Stoppposition &agr;Stopp und einer Motortemperatur TCO der
Brennkraftmaschine angibt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, mit dem weiteren Schritt:
Definieren des festgelegten Drehzahlgradienten gemäß dem aus dem Kennfeld
ausgelesenen maximal möglichen Drehzahlgradienten &ohgr;max an
einer festgelegten Soll-Stoppposition &agr;Stopp-Soll der Brennkraftmaschine.
Verfahren gemäß Anspruch 3, mit dem weiteren Schritt:
Bestimmen einer Zündwinkel-Spätverstellung für Stopppositionen &agr;Stopp
≤ &agr;Stopp-Soll aus einem Zündwinkel-Wirkungsgrad &eegr;IGA,
der das Verhältnis des maximal möglichen Drehzahlgradienten der Stoppposition
zum festgelegten Drehzahlgradienten in Abhängigkeit von der
Soll-Stoppposition bildet und angibt, ob und wie stark der Wert des maximal möglichen
Drehzahlgradienten mittels Zündwinkel-Spätverstellung auf den festgelegten
Drehzahlgradienten reduziert werden muss, während sich der Zündwinkel-Wirkungsgrad
&eegr;IGA berechnet als Quotient aus dem maximal möglichen Drehzahlgradienten
&ohgr;max in Abhängigkeit von der Stoppposition &agr;Stopp
und der Motortemperatur TCO und dem festgelegten Drehzahlgradienten in Abhängigkeit
von der Soll-Stoppposition &agr;stopp-soll und einer Soll-Motortemperatur
TCOSoll gemäß folgender Formel
Verfahren gemäß Anspruch 3, in dem bei Durchführung der
Einlassventil-Spätverstellung die Stoppposition &agr;Stopp durch
eine Schließposition EVS des Einlassventils mit &agr;Stopp = EVS
ersetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, mit dem weiteren Schritt:
Bestimmen der Zündwinkel-Spätverstellung bei Anwendung der Einlassventil-Spätverstellung
für die Stoppposition &agr;Stopp ≤ &agr;Stopp-Soll
und die Schließposition EVS ≤ &agr;Stopp-Soll aus einem
Zündwinkel-Wirkungsgrad &eegr;IGA, mittels Zündwinkel-Spätverstellung
bei Einlassventil-Spätverstellung als Quotient aus dem maximal möglichen
Drehzahlgradienten &ohgr;max in Abhängigkeit von der Stoppposition
&agr;Stopp und der Motortemperatur TCO und dem festgelegten Drehzahlgradienten
in Abhängigkeit von einer Soll-Motortemperatur TCOSoll gemäß
folgender Formel:
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 6, mit den weiteren Schritten:
Bestimmen der Zündwinkel-Spätverstellung für die erste Verbrennung
mit Hilfe eines Zündwinkel-Offsets &Dgr;IGA über die Funktion
&Dgr;IGA = &Dgr;IGA(&eegr;IGA, &agr;Stopp,
TCO) und Einstellen des Zündwinkels auf einen Wert, der dem optimalen Zündwinkel
der ersten Verbrennung verschoben um den Zündwinkel-Offset in Richtung spät
entspricht.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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