DE10322014A1

DE10322014A1 - Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10322014A1
Application number: DE10322014A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kufferath; Jochen Laubender; Andre-Francisco Casal Kulzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02
Also published as: JP2004340135A; FR2854925A1; US20050005901A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Brennkraftmaschine (10) weist mehrere Zylinder und einen Startermotor auf. Die Brennkraftmaschine (10) wird von dem Startermotor in Bewegung versetzt und es wird Kraftstoff direkt in einen Brennraum (13) der Brennkraftmaschine (10) eingespritzt und dort verbrannt. In denjenigen Zylinder (11), der nach einem Startbeginn, ab dem die Brennkraftmaschine (10) in Bewegung versetzt wird, einen ersten Kompressionstakt ausführt, wird Kraftstoff in der Form von mindestens zwei Teileinspritzungen während des Kompressionstakts in den Brennraum (13) eingespritzt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder und einen Startermotor aufweist, und wobei die Brennkraftmaschine von dem Startermotor in Bewegung versetzt und Kraftstoff direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt und dort verbrannt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Computerprogramm, ein Steuergerät und eine Brennkraftmaschine entsprechender Art.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise durch Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung bekannt, bei denen die Brennkraftmaschine im Schichtbetrieb gestartet wird. Dabei muss generell beim Starten einer Brennkraftmaschine berücksichtigt werden, dass hierfür mehr Kraftstoff erforderlich ist als für den normalen Betrieb derselben. Dies ergibt sich daraus, dass sich beim Starten der Brennkraftmaschine ein sogenannter Wandfilm insbesondere an den Zylinderwänden der Brennkraftmaschine ausbildet. Die hierzu erforderliche Kraftstoffmasse kann damit keinen Beitrag zur Verbrennung und damit zum Starten der Brennkraftmaschine leisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem eine Verbesserung des Startvorgangs insbesondere hinsichtlich einer Verminderung der Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs erreichbar ist.
Lösung und Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in denjenigen Zylinder, der nach einem Startbeginn, ab dem die Brennkraftmaschine in Bewegung versetzt wird, einen ersten Kompressionstakt ausführt, Kraftstoff in der Form von mindestens zwei Teileinspritzungen während des Kompressionstakts in den Brennraum eingespritzt wird. Bei einem Computerprogramm oder einem Steuergerät oder einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die Aufgabe entsprechend gelöst.
Durch die Teileinspritzungen wird eine bessere Homogenisierung der in dem Brennraum entstehenden Schichtladungswolke erreicht. Dies führt dazu, dass die einzelnen Kraftstofftröpfchen besser verdampfen können, so dass insgesamt mehr Kraftstoff an der nachfolgenden Verbrennung teilnehmen kann. Gleichzeitig wird durch die effektivere Verdampfung des Kraftstoffs erreicht, dass weniger Kraftstoff sich insbesondere an den Zylinderwänden anlagert. Im Vergleich zu einem normalen Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff in einer Einmal- Einspritzung in den Brennraum eingespritzt wird, wird erfindungsgemäß somit eine bessere Ausnutzung des eingespritzten Kraftstoffs erreicht. Dies ist jedoch gleichbedeutend damit, dass weniger Kraftstoff eingespritzt werden kann, also der Kraftstoffverbrauch beim Starten vermindert wird.
Aufgrund der Einspritzung des Kraftstoffs während des Kompressionstakts direkt in den Brennraum wird jedoch gleichzeitig gewährleistet, dass, trotz der verminderten Kraftstoffmenge, ein zündfähiges Kraftstoff/Luft-Gemisch in dem Brennraum entsteht, das zu einer sicheren Verbrennung und damit zu einem sicheren Starten der Brennkraftmaschine führt.
Weiterhin werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die Emissionen der Brennkraftmaschine, insbesondere die Menge von unverbrannten Kohlenwasserstoffen vermindert. Die Erfindung eröffnet ebenfalls die Möglichkeit, das Abgassystem der Brennkraftmaschine kleiner zu dimensionieren. Dies ergibt sich insbesondere aus den geringeren Emissionen während des Startens der Brennkraftmaschine. Als weitere Maßnahme ist es dann möglich, dieses Abgassystem beispielsweise durch eine Spätverstellung des Zündzeitpunkts schneller auf seine Betriebstemperatur aufzuheizen.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, und
2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten der Brennkraftmaschine der 1
In der 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Bei der Brennkraftmaschine 10 handelt es sich um eine Benzin-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung. Die nachfolgend beschriebene Erfindung kann jedoch in entsprechender Weise auch bei einer Diesel-Brennkraftmaschine angewendet werden.
Die Brennkraftmaschine 10 weist mehrere Zylinder auf, von denen ein Zylinder 11 in der 1 gezeigt ist. In dem Zylinder 11 ist ein Kolben 12 hin- und herbewegbar. Der Zylinder 11 und der Kolben 12 begrenzen einen Brennraum 13. Mit dem Brennraum 13 ist ein Ansaugrohr 14 verbunden, über das dem Brennraum 13 Luft zuführbar ist. Weiterhin ist an den Brennraum 13 ein Abgasrohr 15 angeschlossen, über das Abgas aus dem Brennraum 13 abströmen kann. Zur Steuerung der Luftzufuhr und des Abgasstromes sind Ventile 16 vorgesehen. Weiterhin sind dem Brennraum 13 ein Einspritzventil 17 und eine Zündkerze 18 zugeordnet. Über das Einspritzventil 17 kann Kraftstoff in den Brennraum 13 eingespritzt werden und mit Hilfe der Zündkerze 18 kann der eingespritzte Kraftstoff in dem Brennraum 13 entzündet und damit verbrannt werden.
Das Einspritzventil 17 ist über eine Hochdruckleitung 19 mit einem Kraftstoffspeicher 20 verbunden. Dem Kraftstoffspeicher 20 wird laufend Kraftstoff unter einem hohen Druck zugeführt. Hierzu sind üblicherweise eine Kraftstoffförderpumpe und eine Hochdruckpumpe vorgesehen. Der Druck in dem Kraftstoffspeicher 20 kann auf vorgegebene Werte gesteuert und/oder geregelt werden. Hierzu kann dem Kraftstoffspeicher 20 ein Drucksensor und ein Drucksteuerventil zugeordnet sein. Aus dem Druckspeicher 20 werden dann alle Zylinder der Brennkraftmaschine 10 mit Kraftstoff versorgt.
In der 2 ist ein Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Dieses Verfahren wird von einem Steuergerät ausgeführt, das Eingangssignale von Sensoren, z.B. dem Drucksensor erhält, und die Ausgangssignale für Aktoren, z.B. für das Einspritzventil 17 oder das Drucksteuerventil erzeugt, mit denen die Brennkraftmaschine 10 steuerbar ist. Das Steuergerät ist derart hergerichtet, dass es das nachfolgend beschriebene Verfahren ausführen kann. Hierzu kann das Steuergerät in analoger Schaltungstechnik und/oder als digitaler Prozessor mit Speicher ausgebildet sein. In letzterem Fall ist ein Computerprogramm vorhanden, das derart programmiert ist, dass das beschriebene Verfahren mit Hilfe des Computerprogramms ausgeführt wird.
In der 2 ist die Startphase der Brennkraftmaschine 10 über dem Kurbelwellen-Winkel KW und damit indirekt auch über der Zeit aufgetragen. Diese Startphase beginnt mit einem Startbeginn S, in dem ein Startermotor damit beginnt, die Brennkraftmaschine 10 in Bewegung zu versetzen.
Danach weist die Startphase einen ersten Kompressionstakt 21 auf, der demjenigen Zylinder der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet ist, der nach dem Startpunkt S als erstes seinen Kompressionstakt ausführt. Wie in der 2 dargestellt ist, erstreckt sich dieser Kompressionstakt 21 über 180 Grad KW bis zum oberen Totpunkt OT des entsprechenden Zylinders.
In diesem ersten Kompressionstakt 21 wird Kraftstoff in den zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine 10 eingespritzt. Diese Einspritzung erfolgt mit Hilfe des Einspritzventils 17 direkt in den Brennraum 13 dieses Zylinders. Durch die Einspritzung entsteht in dem Brennraum 13 eine Schichtladungswolke aus Kraftstoff im Bereich der Zündkerze 18.
Wie der 2 zu entnehmen ist, wird die Einspritzung des Kraftstoffs in der Form von mehreren Teileinspritzungen 22 durchgeführt. Es kann sich dabei um zwei oder mehr Teileinspritzungen 22 handeln. Die zeitlichen Abstände der einzelnen Teileinspritzungen 22 zueinander können unterschiedlich oder auch gleich sein. Die jeweiligen Zeitdauer der einzelnen Teileinspritzungen können ebenfalls unterschiedlich oder auch gleich sein. Jegliche Kombinationen sind ebenfalls möglich.
Durch die Einspritzung des Kraftstoffs in der Form der mehreren Teileinspritzungen 22 wird eine Homogenisierung der Schichtladungswolke im Brennraum 13 erreicht. Zwischen den einzelnen eingespritzten Kraftstoffmengen der einzelnen Teileinspritzungen 22 entstehen Luftschichten, wodurch die Verdampfung des Kraftstoffs innerhalb der Schichtladungswolke gefördert wird. Auf diese Weise entsteht eine Schichtladungswolke im Bereich der Zündkerze 18 in der Form eines weitgehend homogenen Kraftstoff/Luft-Gemischs mit einem hohen, als Dampf vorhandenen Kraftstoffanteil.
Etwa im oberen Totpunkt OT des zugehörigen Zylinders wird dieses Kraftstoff/Luft-Gemisch mit Hilfe der Zündkerze 18 gezündet. Dies ist in der 2 durch einen Zündfunken 23 angedeutet. Bei dem vorliegenden ersten Kompressionstakt erfolgt die Zündung eher kurz vor dem oberen Totpunkt OT.
Dies hat eine erste Verbrennung in der Brennkraftmaschine 10 zur Folge.
Die zweite Verbrennung erfolgt in demjenigen Zylinder der Brennkraftmaschine 10, der als nächstes seinen Kompressionstakt ausführt. Die Durchführung der Teileinspritzungen 22 sowie der Zündung 23 wird dabei im wesentlichen in gleicher Weise ausgeführt, wie dies im Zusammenhang mit der 2 erläutert worden ist.
Dies gilt im wesentlichen auch für die nachfolgenden, weiteren Verbrennungen während der Startphase der Brennkraftmaschine 10.
Dabei ist es möglich, dass während der Startphase im Verlauf der aufeinanderfolgenden Verbrennungen die jeweils durchgeführten Teileinspritzungen 22 verändert werden, und zwar im Hinblick auf deren Anzahl, deren Zeitabstände und/oder deren Zeitdauern. Ebenfalls ist es möglich, dass im Verlauf der aufeinanderfolgenden Verbrennungen die jeweiligen Zündungen 23 verändert werden, und zwar insbesondere in Richtung zu einem Zündzeitpunkt nach dem oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, während der Startphase den auf den Kraftstoff einwirkenden Druck, der letztlich durch den Kraftstoffspeicher 20 erzeugt und aufrecht erhalten wird, zu verändern. Eine derartige Veränderung hat insbesondere einen Einfluss auf die Verdampfung des Kraftstoffs innerhalb des Brennraums 13 der Brennkraftmaschine 10.
Weitere Änderungen der die aufeinanderfolgenden Verbrennungen beeinflussenden Parameter sind möglich, wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 der Leerlaufdrehzahl annähert. Es kann dann langsam in einen normalen Schichtbetrieb ohne Teileinspritzungen oder in einen Homogenbetrieb übergegangen werden.
Das beschriebene Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine 10 kann bei allen Betriebstemperaturen eingesetzt werden, also auch bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10.

Claims

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (10) mehrere Zylinder und einen Startermotor aufweist, und wobei die Brennkraftmaschine (10) von dem Startermotor in Bewegung versetzt und Kraftstoff direkt in einen Brennraum (13) der Brennkraftmaschine (10) eingespritzt und dort verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in denjenigen Zylinder (11), der nach einem Startbeginn (S), ab dem die Brennkraftmaschine (10) in Bewegung versetzt wird, einen ersten Kompressionstakt (21) ausführt, Kraftstoff in der Form von mindestens zwei Teileinspritzungen (22) während des Kompressionstakts (21) in den Brennraum (13) eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teileinspritzungen (22) mit unterschiedlichen Zeitabständen nacheinander eingespritzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teileinspritzungen (22) unterschiedliche Zeitdauern aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in nachfolgenden Kompressionstakten der Kraftstoff ebenfalls in der Form von Teileinspritzungen (22) eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zeitabstände der Teileinspritzungen (22) bei aufeinanderfolgenden Kompressionstakten verändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zeitdauern der Teileinspritzungen (22) bei aufeinanderfolgenden Kompressionstakten verändern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinanderfolgenden Kompressionstakten der auf den Kraftstoff einwirkende Druck verändert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoff etwa am Ende des Kompressionstakts (21), also etwa im oberen Totpunkt (OT) des zugehörigen Zylinders entzündet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündzeitpunkt bei aufeinanderfolgenden Kompressionstakten vorzugsweise in Richtung nach dem oberen Totpunkt (OT) verschoben wird.
Computerprogramm, das zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 programmiert ist.
Steuergerät, das zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergerichtet ist.
Brennkraftmaschine (10) mit einem Steuergerät, das zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergerichtet ist.