DE10315283B3

DE10315283B3 - Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10315283B3
Application number: DE2003115283
Authority: DE
Inventors: Frederic Dr. Galtier; Hong Dr. Zhang
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: EP1464834B1; EP1464834A1; DE502004002048D1

Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird für jeden Direktstart (Instant-Start) aus einem Standardwert für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ein korrigierter Wert für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung.
Unter einem Direktstart, im englischen als „Instant-Start" oder „Fast-Start" bezeichnet, versteht man den Startvorgang einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung ohne Benutzung eines herkömmlichen elektrischen Anlassers. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt der Wiederstart dadurch, dass in einen Zylinder eine bestimmte Kraftstoffmenge unter Druck eingespritzt wird, der Kraftstoff mit der im Zylinder befindlichen Luft ein zündfähiges Gemisch bildet, dieses Gemisch durch einen Zündvorgang (üblicherweise den Funken einer Zündkerze) zur Explosion gebracht und die Brennkraftmaschine durch das dabei entstehende Drehmoment in Gang gesetzt wird.
Derartige Startverfahren sind bekannt und beispielsweise in der DE 197 41 294 A1 und DE 197 43 492 A1 beschrieben. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil einer Start-Stopp-Strategie für die Brennkraftmaschine und kommen vor allem im Stadtbetrieb zum Einsatz (Stop and Go). Sie dienen der Kraftstoffersparnis und der Vermeidung bzw. Verminderung von Schadstoffemissionen.
Es versteht sich, dass zum Herbeiführen eines Direktstarts ganz bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen. Eine dieser Bedingungen ist, für eine einwandfreie Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu sorgen. Es ist bekannt, dass die zum Erzeugen eines zufriedenstellenden Zündfunkens erforderliche Zündenergie von dem Druck und der Turbulenz im Brennraum ab hängt. Während eines Direktstarts sind jedoch Druck und Turbulenz im Brennraum deutlich verschieden von denen während eines normalen Betriebs der Brennkraftmaschine. Die bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine eingesetzte Zündenergie führt daher bei einem Direktstart möglicherweise nur zu unbefriedigenden Ergebnissen.
Aus der DE 28 25 830 A1 ist eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen beschrieben. Die Zündeinrichtung weist dabei eine Zündspule und einem in Serie zur Primärwicklung der Zündspule und einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Batterie liegenden Unterbrecher und eine Schalteinrichtung zum Anheben des Maximalwertes des bei geschlossenem Unterbrecher durch die Primärwicklung fließenden Stromes bei einem Kaltstart auf. Die Schalteinrichtung ist in Abhängigkeit von der Motortemperatur und/oder der Motordrehzahl steuerbar, bzw. in Abhängigkeit von der mit der Motortemperatur verknüpften Schaltgerätetemperatur. Dadurch wird also im Prinzip die bekannte Maßnahme der Startanhebung nicht mit dem Ende des Anlassvorganges beendet, sondern erst dann, wenn eine vorgegebene Motortemperatur und vorzugsweise zusätzlich eine vorgegebene Drehzahl des Motors erreicht sind, die vorzugsweise etwas höher als die Leerlaufdrehzahl ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass unter den schwierigen Betriebsbedingungen beim Warmlaufen einer Brennkraftmaschine eine erhöhte Zündenergie zur Verfügung gestellt wird, bis sich die relevanten Betriebsbedingungen auf Werte eingependelt haben, die auch hinsichtlich der Zündeinrichtungen das Umschalten. auf Normalbetrieb gestatten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Optimieren der Zündenergie für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren gemäß der Erfindung gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für jeden Direktstart aus einem im Normalbetrieb verwendeten Standardwert für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ein korrigierter Wert für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt.
Während Direktstarts ist der Druck im Brennraum des als ersten in Betrieb genommenen Zylinders vergleichsweise niedrig. Dieser gegenüber normalen Betriebszuständen verringerte Druck im Brennraum führt zu anderen Verbrennungseigenschaften und/oder Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. Um die Verbrennung und Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu verbessern, muss daher normalerweise eine größere Zündenergie als bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine aufgebracht werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Korrekturfunktion wird sichergestellt, dass für jeden Direktstart die optimale Zündenergie bereitgestellt wird, was besonders wichtig ist für die erste Verbrennung im ersten in Betrieb genommenen Zylinder.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jede Art von Zündsystemen einschließlich Flammstrahl-, Plasma- und Laser-Zündsystemen geeignet. Vorzugsweise wird es jedoch in Verbindung mit Spulenzündsystemen mit elektrischer Zündspule und Zündkerze verwendet. Bei Spulenzündsystemen wird die von der Zündspule an die Zündkerze abzugebende Energie durch die Eigenschaften und Ladezeit der Zündspule bestimmt. Da die Spuleneigenschaften unveränderlich sind, wird daher üblicherweise die Ladezeit der Zündspule zum Ändern der Zündenergie verwendet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden daher als Standardwert und korrigierter Wert für die Zündenergie ein Standardwert und korrigierter Wert der Ladezeit der Zündspule verwendet.
Die vorgegebene Korrekturfunktion kann irgendeine Korrekturfunktion sein, wie sie zum Korrigieren und Anpassen anderer Betriebsparameter von Brennkraftmaschinen grundsätzlich bekannt ist. So kann die Korrekturfunktion beispielsweise aus einem mit dem Standartwert additiv oder multiplikativ verknüpften Korrekturwert oder auch aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder bestehen. Im einfachsten Fall wird eine von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine unabhängige Korrekturfunktion, z. B. ein fester multiplikativer oder additiver Korrekturwert, verwendet. Zwecks Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Korrekturfunktion von Druck und/oder Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine abhängig ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass bei Direktstarts jeweils die richtige Zündenergie für eine sichere Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bereitgestellt wird, um eine selbsterhaltende Verbrennung auszulösen. Dies wird im Fall eines Spulenzündsystems durch die erfindungsgemäß vorgesehene Korrektur der Ladezeit der Zündspule erreicht. Zusätzlich zu einer einwandfreien Zündung und Verbrennung des Gemisches wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Schutz der Zündspule gegen Überhitzung erreicht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es in extrem einfacher Weise von dem elektronischen Betriebssteuergerät (EMS) durchgeführt werden kann. Selbst bei Anpassung der Korrekturfunktion an Druck und/oder Temperatur des Gemisches im Brennraum ist nur ein relativ geringer Rechenaufwand des elektronischen Betriebssteuergerätes erforderlich.
Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Es zeigt:
1 ein Diagramm, in dem die Spannung V bzw. Energie E einer Zündspule über der Zeit t aufgetragen ist und das zur Erläuterung von mit der Ladezeit einer Zündspule zusammenhängenden Parametern dient, und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dem Diagramm der 1 stellt die Kurve a ein Spannungssignal dar, das eine bestimmte Aufladung einer Zündspule (nicht gezeigt) einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung anfordert. Die Aufladung der Zündspule beginnt somit im Zeitpunkt t₁ und endet im Zeitpunkt t₂. Die Kurve b gibt hierbei die in der Zündspule erzeugte Energie wieder, welche gemäß der Kurve c in einem Energiestoß an die Zündkerze (nicht gezeigt) abgegeben wird, um einen entsprechenden Zündfunken zu erzeugen.
Die Zeitspanne t₂ – t₁ stellt somit die Ladezeit TD (dwell time) der Zündspule dar, welche die Größe der in der Zündspule gespeicherten Energie bestimmt.
Es sei angenommen, dass die Zeitspanne t₂ – t₁ den Standardwert für die Ladezeit IP TD im Normalbetrieb der Brennkraft maschine darstellt. Für einen Direktstart (Instant-Start) wird dieser Standardwert erfindungsgemäß korrigiert (normalerweise erhöht), um trotz des vergleichsweise niederen Drucks im Brennraum für eine einwandfreie Zündung des Luf-Kraftstoff-Gemisches zu sorgen.
Die hierzu verwendete Korrekturfunktion besteht beispielsweise aus einem festen Korrekturfaktor. Beträgt z. B. der Standardwert für die Ladezeit 3 Millisekunden und der Korrekturfaktor 1,5, so beträgt die korrigierte Ladezeit 4,5 Millisekunden. Dem Diagramm der 1 lässt sich entnehmen, dass die korrigierte (erhöhte) Ladezeit zu einer entsprechenden Erhöhung der in der Zündspule erzeugten Energie führt.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann die für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzte Korrekturfunktion irgendeine beliebige Korrekturfunktion sein, wie sie zur Korrektur anderer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in großer Vielfalt bekannt sind. Insbesondere können statt eines multiplikativen Korrekturwertes auch ein additiver Korrekturwert, eine Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder usw. verwendet werden.
Zur weiteren Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Korrekturfunktion zu verwenden, die von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von Druck und Temperatur im Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Direktstarts, abhängt. 2 veranschaulicht hierfür ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein additiver Korrekturfaktur von der Temperatur und dem Druck im Brennraum abhängt.
An einem Eingang 2 wird ein Standardwert IP TD der Ladezeit der Zündspule bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine eingegeben. Wird die Brennkraftmaschine in üblicher Weise mit Hilfe eines elektrischen Anlassers gestartet, so wird als Ladezeit TD der Zündspule der Standardwert IP TD verwendet.
Bei einem Direktstart wird dagegen der Standardwert IP TD der Ladezeit mit einem additiven Korrekturwert IP TD COR korrigiert. Dieser additive Korrekturwert wird einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld 5 entnommen, in dem der Korrekturwert über der Temperatur und dem Druck (Eingänge 3 und 4) aufgetragen ist. Die im Schritt 6 durch Addition gewonnene korrigierte Ladezeit TD steht dann am Ausgang 1 zwecks weiterer Verarbeitung zur Verfügung.
Auf diese Weise lässt sich für jeden Direktstart die Ladezeit und damit die Zündenergie für den Zündvorgang optimieren, um für eine einwandfreie Zündung des Gemisches, insbesondere bei der ersten Verbrennung zu sorgen, ohne unnötig viel Zündenergie zu verbrauchen. Die sich hieraus ergebenden Vorteile wie einwandfreie Verbrennung, Reduzierung von Schadstoffemissionen, Schutz der Zündspule usw. wurden bereits eingangs erläutert.

Claims

Verfahren zum Optimieren der Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, bei dem für jeden Direktstart aus einem im Normalbetrieb verwendeten Standardwert für die Zündenergie mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ein korrigierter Wert für die Zündenergie ermittelt und die Zündung des Gemisches mit einer Zündenergie entsprechend diesem korrigierten Wert durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion unabhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion abhängig von Druck und/oder Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine bei dem jeweiligen Direktstart ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion aus einem mit dem Standardwert additiv oder multiplikativ verknüpften Korrekturwert besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Spulenzündsystem mit Zündspule und Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass als Standardwert und korrigierter Wert für die Zündenergie ein Standardwert und ein korrigierter Wert der Ladezeit der Zündspule verwendet werden.