[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Zündung eines
Luft-Kraftstoff-Gemisches für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
mit Kraftstoffeinspritzung.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Optimieren
der Zündenergie für Direktstarts einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung
anzugeben.
[0006] Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren gemäß der Erfindung
gelöst.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens
erläutert. Es zeigt:
- Fig. 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
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0013] In dem Diagramm der Fig. 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 t
1 und endet im Zeitpunkt t
2. 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.
[0014] Die Zeitspanne t
2 - t
1 stellt somit die Ladezeit TD (dwell time) der Zündspule dar, welche die Größe der
in der Zündspule gespeicherten Energie bestimmt.
[0015] Es sei angenommen, dass die Zeitspanne t
2 - t
1 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.
[0016] 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 Fig.
1 lässt sich entnehmen, dass die korrigierte (erhöhte) Ladezeit zu einer entsprechenden
Erhöhung der in der Zündspule erzeugten Energie führt.
[0017] 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.
[0018] 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. Fig. 2 veranschaulicht hierfür ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein additiver
Korrekturfaktur von der Temperatur und dem Druck im Brennraum abhängt.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
1. 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion unabhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ist.
3. 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.
4. 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.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren
gewonnener Kennfelder besteht.
6. 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.