DE102008046315A1

DE102008046315A1 - Verfahren zum Folgestart einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008046315A1
Application number: DE102008046315A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Kalweit; Christian Dipl.-Ing. Lorenz; Martin-Claudio Dipl.-Ing. Schuler; Hartung Dipl.-Ing. Wilstermann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine insbesondere bei einem Folgestart im Stopp-Start-Betrieb. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Brennkraftmaschine aus einem Startbetriebszustand direkt in einen Leerlaufbetriebszustand übergeht, in welchem ein mageres Gemischverhältnis eingestellt wird. Bevorzugt erfolgt hierbei eine dreistufige Einspritzung, wobei eine erste Kraftstoffmenge während eines Saughubes eines Kolbens der Brennkraftmaschine, eine zweite Kraftstoffmenge während eines Kompressionshubes des Kolbens und eine dritte Kraftstoffmenge direkt zum Zündzeitpunkt eingespritzt wird. Das Verfahren verbessert die Kraftstoffökonomie und die Verbrennungszuverlässigkeit der Brennkraftmaschine beim Folgestart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Folgestart einer Brennkraftmaschine im Stopp-Start-Betrieb nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Beim so genannten Stopp-Start-Betrieb eines Kraftwagenmotors wird aus Gründen der Kraftstoffökonomie der Motor im Stillstand des Kraftwagens automatisch gestoppt. Signalisiert der Fahrer des Kraftwagens einen Anfahrwunsch, beispielsweise durch Betätigen eines Fahrpedals oder durch Einlegen eines Ganges, so wird der Motor automatisch wieder gestartet. Ein derartiges Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens ist in der DE 196 21 950 C2 offenbart.
Ein solcher so genannter Folgestart des Motors unterscheidet sich von seinen Bedingungen her von einem normalen Start aus einem kalten Zustand des Motors. Üblicherweise geht der Motor beim Folgestart unmittelbar aus seinem Startbetriebszustand in einen Leerlaufbetriebszustand über. Bei Motoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung entspricht dieser Leerlaufbetriebszustand einem so genannten Homogenbetrieb des Motors. Kraftstoff wird also lediglich während des Saughubes eines Kolbens des Motors eingespritzt, so dass der eingespritzte Kraftstoff sich optimal mit der angesaugten Luft vermischt und der Brennraum des Motors homogen mit Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllt wird. Bei einem derartigen Homogenbetrieb treten nachteiligerweise Ladungswechselverluste auf. Hierunter versteht man Füllungsverluste der Verbrennungsluft bzw. des Gemisches auf dem Weg zum Zylinder durch Widerstände im Ansaugsystem. Es sind also höhere Drücke notwendig, um die Gassäule zum Zylinder hin zu befördern. Damit werden eine erhöhte Ansaug- und Ausschiebearbeit nötig, welche das Gesamtergebnis der Aufladung des Motors verschlechtern und die Verbrennungszuverlässigkeit reduzieren.
Die DE 10 2004 029 378 A1 offenbart ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine erste Kraftstoffmenge während des Ansaugtaktes und eine zweite Kraftstoffmenge während des Verdichtungstaktes des Kolbens in den Brennraum eingespritzt wird. Dies entspricht dem so genannten Homogensplitbetrieb, bei welchem zur Verbesserung der Verbrennungszuverlässigkeit durch die zweite Einspritzung im Kompressionstakt eine Inhomogenität der Gemischverteilung im Verbrennungsraum bewusst in Kauf genommen wird. Auch hier wird aufgrund des warmen Motors beim Folgestart nicht die gewünschte Verbrennungszuverlässigkeit und Kraftstoffökonomie erzielt.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Folgestart einer Brennkraftmaschine im Stopp-Start-Betrieb bereitzustellen, welche das Anlaufverhalten der Brennkraftmaschine im Folgestart verbessert und die Kraftstoffnutzung während des Folgestartes optimiert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die zu startende Brennkraftmaschine weist dabei wenigstens einen Brennraum auf, in welchem ein Kolben beweglich angeordnet ist und in welchen Kraftstoff eingespritzt wird. Hierbei wird Luft aus einem Ansaugtrakt während eines Ansaughubes des Kolbens angesaugt und während eines Kompressionshubes des Kolbens im Brennraum verdichtet. Zu einem vorgegebenen Zündzeitpunkt wird schließlich das entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass aus einem Startbetriebszustand der Brennkraftmaschine direkt in einen Leerlaufbetriebszustand übergegangen wird, in welchem ein mageres Gemischverhältnis im Brennraum eingestellt wird. Durch das gezielte Abmagern des Gemisches, also durch Einstellen eines Lambdawertes > 1, werden Ladungswechselverluste im Leerlaufbetriebszustand nach dem Folgestart verringert. Auch die Kraftstoffökonomie verbessert sich im Leerlauf nach dem Stopp-Start-Folgestart.
Zur weiteren Verbesserung der Verbrennungszuverlässigkeit und Kraftstoffökonomie beim Folgestart sieht die Erfindung drei Einspritzzeitpunkte vor, welche alternativ oder gemeinsam gewählt werden können. Mögliche Einspritzzeitpunkte sind dabei der Saughub des Kolbens, der Kompressionshub des Kolbens und der Zündzeitpunkt selbst. Eine Einspritzung während des Saughubes entspricht dabei dem eingangs bereits genannten Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine. Eine Kombination von Einspritzung beim Saughub und beim Kompressionshub des Kolbens entspricht dem ebenfalls bereits genannten Homogensplit- oder Schichtbetrieb. Besonders bevorzugt wird jedoch die Kombination der drei genannten Einspritzzeitpunkte gewählt. Hierdurch wird eine noch größere Inhomogenität der Gemischverteilung zum Zündzeitpunkt erzielt. Es handelt sich dabei um einen so genannten aufgeweiteten Homogensplitbetrieb, bei welchem eine letzte Kraftstoffmenge erst unmittelbar vor der Zündung in den Brennraum eingespritzt wird. In Kombination mit der erfindungsgemäßen mageren Gemischeinstellung ergibt sich so eine besonders gute Verbrennungszuverlässigkeit bei besonders geringen Ladungswechselverlusten der Brennkraftmaschine. Die Kombination der drei Einspritzzeitpunkte erreicht somit die Verbrennungszuverlässigkeit eines Homogenbetriebes bei stöchiometrischer oder fetter Gemischeinstellung und gleichzeitig die Kraftstoffökonomie einer mageren Gemischeinstellung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine exakte Regelung des Gemischverhältnisses in Abhängigkeit einer Motortemperatur vorgesehen. Somit kann der Grad der Abmagerung des Gemisches im Leerlaufbetriebszustand an die aktuellen Gegebenheiten angepasst werden. So wäre es beispielsweise denkbar, bei einem Folgestart bei relativ kaltem Motor ein etwas fetteres Gemisch zu wählen, als bei einem Folgestart bei vollständig warmem Motor. Weitere Feineinstellungen des Gemischverhältnisses können nach an sich bekannten Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen erfolgen. So ist beispielsweise eine Optimierung des Gemischverhältnisses in Abhängigkeit der verwendeten Kraftstoffqualität bekannt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, den Leerlaufbetriebszustand nach einer vorgegebenen Zeitspanne zu beenden und in einen weiteren Betriebszustand überzugehen, in welchem ein stöchiometrisches oder fettes Gemischverhältnis eingestellt wird. Dies dient der Überleitung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine in ihren Normalbetrieb, beispielsweise bei Beschleunigung des Fahrzeuges.
In diesem weiteren Betriebszustand sind wiederum zwei Einspritzzeitpunkte alternativ oder gemeinsam möglich. So kann während des weiteren Betriebszustandes Kraftstoff während des Kompressionshubes oder während des Saughubes des Kolbens eingespritzt werden. Eine Einspritzung während des Saughubes entspricht wiederum dem bereits genannten Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine. Dies ist besonders vorteilhaft bei Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine einzusetzen. Bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ist im Gegensatz dazu die Kombination der beiden genannten Einspritzzeitpunkte vorteilhaft. Kraftstoff wird also sowohl während des Saug- als auch während des Kompressionshubes des Kolbens in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dies entspricht wiederum dem bereits genannten Homogensplit- oder Schichtbetrieb. Hierdurch wird bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft eine Wirkungsgradverbesserung erzielt.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt hierbei ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Stopp-Start-Betrieb eines Kraftwagens wird bei Fahrzeugstillstand bzw. -leerlauf zum Zweck der Kraftstoffeinsparung der Motor des Kraftwagens automatisch gestoppt. Gibt der Fahrer des Kraftwagens einen Anfahrwunsch, beispielsweise durch Betätigung eines Fahrpedals oder Einlegen eines Ganges, zu erkennen, so wird im ersten Verfahrensschritt S10 der Motor automatisch wieder gestartet. Mit den in der Fig. im Block B10 zusammengefassten Verfahrensschritten wird nach Ende der Startphase der Motor in einen Leerlaufbetrieb gebracht. Hierzu wird zunächst im Verfahrensschritt S12 ein mageres Gemischverhältnis eingestellt. Das Verhältnis zwischen eingespritzter Kraftstoffmenge und Verbrennungsluft Lambda ist also größer als 1.
Das Verfahren zeichnet sich weiterhin durch ein spezifisches Einspritzmuster aus. Zunächst wird im Schritt S14 während eines Saughubes des Kolbens eine erste Kraftstoffmenge eingespritzt. Diese vermischt sich mit der im Saughub aus einem Ansaugtrakt angesaugten Luft, so dass sich eine homogene Befüllung eines Zylinders des Motors mit Kraftstoff-Luft-Gemisch ergibt. Durch eine zweite Einspritzung während des Kompressionshubes des Kolbens im Schritt S16 wird eine erste Inhomogenität in der Verteilung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder eingebracht. Bis zu diesem Punkt entspricht das Verfahren dem an sich bekannten Schicht- oder Homogensplitbetrieb mit zusätzlicher Abmagerung des Einspritzverhältnisses. Nach Beendigung des Kompressionshubes also nahe des oberen Totpunktes des Kolbens wird in Verfahrensschritt S18 zusätzlich eine dritte Kraftstoffmenge eingespritzt, um so die Inhomogenität der Kraftstoffverteilung weiter zu betonen. Unmittelbar nach der dritten Einspritzung erfolgt im Verfahrensschritt S20 die Zündung des Gemisches, welche den Kolben im Schritt S22 entlang seines Expansionshubes von einem oberen zum unteren Totpunkt des Zylinders befördert. Das verbrannte Gemisch wird in der Folge im Schritt S24 durch den Ausstoßhub des Kolbens in einen Abgastrakt des Motors befördert.
Nach Beendigung dieses vollständigen Viertaktzyklus wird geprüft, ob vorgegebene Kriterien für einen Übergang des Motors in seinen Normalbetrieb erfüllt sind. Dies kann beispielsweise nach einer vorgegebenen Zeit, bei Erreichen einer vorgegebenen Motortemperatur oder bei einem Beschleunigungswunsch des Fahrers, also bei Niederdrücken eines Fahrpedals, der Fall sein. Sind die Kriterien nicht erfüllt, so beginnt der Viertaktzyklus mit Schritt S14 von neuem, ohne dass das Gemischverhältnis verändert wird. Sind die genannten Kriterien erfüllt, so wird ein stöchiometrisches oder fettes Gemisch eingestellt, das Verhältnis Lambda ist also ≤ 1. Der Motor befindet sich nun in seinem Normalbetriebszustand, wobei ein Einspritztiming je nach Auslastung des Motors gewählt werden kann. Befindet sich der Motor im Teillastbetrieb, so kann ein kraftstoffsparender Schicht- bzw. Homogensplitbetrieb mit Einspritzung währen des Saughubes und des Kompressionshubes gewählt werden. Bei Volllastbetrieb des Motors wird dagegen zur Förderung der Leistungsabgabe ein Homogenbetrieb, also ein Betrieb mit Kraftstoffeinspritzung nur während des Saughubes des Kolbens gewählt. Diese Betriebsart bleibt erhalten bis die Stopp-Start-Automatik wiederum Leerlauf oder Stillstand des Kraftwagens feststellt und aus diesen Gründen den Motor abstellt. Beim nächsten Folgestart wird das Verfahren beginnend mit Schritt S10 von neuem ausgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19621950 C2 [0002]
- DE 102004029378 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Folgestart bei einem Stopp-Start-Betrieb einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum, in welchem ein Kolben beweglich angeordnet ist und in welchen Kraftstoff eingespritzt wird, wobei Luft aus einem Ansaugtrakt während eines Ansaughubes des Kolbens angesaugt wird und während eines Kompressionshubes des Kolbens verdichtet wird, und wobei zu einem vorgegebenen Zündzeitpunkt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem bestimmten Gemischverhältnis gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Startbetriebszustand der Brennkraftmaschine direkt in einen Leerlaufbetriebszustand übergegangen wird, in welchem ein mageres Gemischverhältnis eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leerlaufbetriebszustand Kraftstoff zu dem Zündzeitpunkt eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leerlaufbetriebszustand Kraftstoff während des Saughubes eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leerlaufbetriebszustand Kraftstoff während des Kompressionshubes eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemischverhältnis in Abhängigkeit einer Motortemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Leerlaufbetriebszustand nach einer vorgegebenen Zeitspanne in einen weiteren Betriebszustand übergegangen wird, in welchem ein stöchiometrisches oder fettes Gemischverhältnis eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine in dem weiteren Betriebszustand Kraftstoff während des Kompressionshubes eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine in dem weiteren Betriebszustand Kraftstoff während des Saughubes eingespritzt wird.