CN101135288A - 内燃机的起动方法 - Google Patents

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Abstract

为了在燃烧阶段(22)一开始就能在起动内燃机时达到一种安全可靠的和尽可能废气最佳的燃烧，兹提出如下方案：内燃机利用一个电动机在牵引阶段(21)中被提到一个目标转速，依此，该目标转速(23)在迄今已知的起动转速(24)以上。目标转速(23)例如大致相当于一个为内燃机所配置的空运转转速。在超过起动转速(24)之后首先应确定混合物加浓(26)，于此，应特别考虑到一种壁膜的实际状况。只有在达到目标转速(23)之后才能实现燃料计量和燃烧阶段(22)中的燃烧。于此，必须在特别考虑到在超过起动转速(24)之后所确定的混合物加浓(26)的条件下实现燃料计量。

Description

内燃机的起动方法
技术领域
本发明涉及内燃机的起动方法，依此法，在一个停机阶段之后，激活一个电动机，并利用此电动机将内燃机置于一个起动转速。
此外，本发明还涉及一种内燃机及一种控制装置以用于控制和调节内燃机，为该内燃机还配置了一个在停机阶段之后可激活的电动机，利用此电动机可将内燃机置于一个起动转速。
此外，本发明还涉及一种计算机程序，这种计算机程序可以在一个计算装置上、特别在用于内燃机的控制和调节的控制装置上运行。
背景技术
众所周知的是，内燃机部件是利用一个称之为起动器的电动机实现其起动的。于此，内燃机利用该电动机置于一个起动速转。由该电动机为内燃机的可靠起动而产生的功率取决于电动机的结构类型、所拥有的车辆用蓄电池的有效功率，特别取决于起动转速。为了将起动过程所需的电能保持尽可能的小，同时为了将起动装置的重量保持尽可能的小(起动装置的重量主要是由车辆用蓄电池和电动机的有效功率所决定的)，起动转速明显地被选择低于一个空运转转速，从该空运转转速起，内燃机的一种受控制和受调节的独立运行是可靠的，并且会产生一个力矩，该力矩是适合作为其它力矩要求的变换的基础。
在此，通常就是如此选择起动转速的，使得内燃机的一种可靠的起动是可能的一即内燃机由于自身的燃烧功率的运转。起动转速对强制点火式发动机而言通常在100转/分的数量级，对柴油发动机而言则在200转/分的数量级，相反地，空运转转速例如在600～800转/分之间。
为了内燃机的可靠运行需要得到多个输入参数，并由一控制装置加以分析处理，并在内燃机的控制和调节时加以考虑，这里的控制和调节特别包含功能混合物形成和点火。在起动阶段内，内燃机须根据在起动阶段特别高的转速动态性及不好得到的运行条件，直到达到空运转转速，通常实行预制地操作。于此，例如须经过组合特性曲线，预定出节流阀的位置、燃料量和点火时刻。须要考虑动态性要求的得到和分析处理的一种力矩结构在起动阶段不是主动的。只有在起动阶段结束之后，内燃机的力矩例如才可根据驾驶者的愿望加以调节。
在内燃机运行过程中，在内燃机的燃烧室中积存有一定的燃料量，即所谓的壁膜。若为内燃机配置了一个吸油管而且燃料测量是利用一个吸油管喷入装置予以实现的，那么，在吸油管的内壁上也同样会积存一个壁膜。这种壁膜的行为如同一个燃料存储器一样，它先从计量过的空气/燃料混合物中抽取燃料，以后再将该燃料释放出来。
在内燃机的停机阶段，壁膜汽化。为了在起动阶段的第一个工作周期内避免空气-燃料混合物的贫化(Ausmagerung)，并保证实现安全可靠的燃烧，所以首先至少短时间地提高空气-燃料混合物中的燃料成分。这一点称之为混合物加浓。这样就能达到下述目的：燃料可以积存在吸油管或燃烧室的壁上，而且在空气-燃料混合物中仍然保有一定的燃料部分，利用此部分燃料仍可实现燃烧。
根据上述原因，在起动阶段，混合物加浓也应加以预控制。这种预控制却有其缺点：空气-燃料混合物往往不是最佳，这一方面延长了起动阶段，另一方面会提高燃料耗量。特别是这样在起动阶段通常不可能有废气最佳化的燃烧，所以废气含有非所希望的高的有害物质成份。
发明内容
本发明的任务是提供一种方案，这种方案在燃烧阶段开始后便可实现可靠的和尽可能废气最佳的燃烧。
本发明的任务是通过文首述及的一种方法如此加以解决的，使得内燃机可利用电动机在一个牵引阶段提到一个目标转速，该目标转速在起动转速以上。
于此，目标转速例如差不多相当于空运转转速。如果内燃机利用电动机起动，那在达到迄今从现有技术所知道的起动转速时，首先还不会发生喷射也就是不会发生燃烧。甚至在超过起动转速之后才能确定混合物加浓，于此，应特别考虑到实际的壁膜状态。只有在达到目标转速之后，才能进行燃料计量和燃烧阶段中的燃烧。于此，燃料计量是特别在考虑到超过起动转速后所确定的混合物加浓的条件下实现的。
利用本发明提出的方法，内燃机在起动时就可达到一个明显比以前较高的转速即目标转速，而且燃烧只有在达到这一明显较高的目标转速时才开始。对于相应的电动机的设计，可以特别快地达到目标转速，所以总体上说可以实现一个较快速的起动。此外还可以实现稳定的目标转速，使得可以得到和可以分析处理运行条件，从而可以改进地确定混合物加浓。
混合物加浓最好根据一个已得到的停机阶段的持续时间加以确定。由于壁膜在内燃机停机阶段内会汽化，所以对于已知的停机阶段持续时间仍可测定到一个可能仍然存在的壁膜，所以在混合物加浓时可加以考虑。
替换或者补充地，在确定混合物加浓时还可以考虑牵引阶段的持续时间，目标转速和/或所得到的一种温度。这些工作参数都对壁膜的减少有影响，从而可以特别精确地确定混合物加浓，而这对壁膜效应的补偿是必要的。
在牵引阶段中，空气例如是通过吸气管和燃烧室被引导的，不要进行燃料喷入。因此，壁膜会根据牵引阶段的持续时间而减少。在考虑到目标转速的情况下，可以求得空气量，这种空气在牵引阶段内流过吸气管和燃烧室，从而加速壁膜的减少。这样就能再次更精确测定壁膜的减少。
壁膜的减少还与内燃机的温度有关，因为温度越高，燃料的汽化程度也越高。这一点可以通过得到内燃机的实际温度来加以考虑。于此，例如可以将发动机油或冷却水的温度作为基础。
根据本发明的方法的一个可以特别简单地实现的实施形式，混合物加浓可作为最大可能的值加以确定。也就是说，燃烧阶段首先是以最大可能的混合物加浓开始的。这一点保证：壁膜特别迅速地形成。
在确定混合物加浓时须最好考虑到一个实际的力矩要求。由于燃烧阶段要以达到目标转速才开始，而且只在这个时间点工作条件才是可以得到的，所以还可以特别地得到一个实际的力矩要求，例如通过对一个由踏板值传感器提供的信号的分析处理来得到。如果存在一个高的力矩要求，就可确定一个更高的混合物加浓，这种混合物加浓一方面使壁膜的迅速形成，另一方面提供为了转化高的力矩要求所需要提供空气-燃料混合物中高的燃料成份。
根据本发明提出的方法的一个优选的实施形式，混合物加浓在燃烧阶段中分级地或连续地回撤(zurücknehmen)。于此，最好得到和考虑那些影响壁膜形成的工作参数。这些参数特别是：混合物加浓的实际值，目标转速，已得到的一个实际转速，燃烧阶段的持续时间，实际的力矩要求和/或内燃机的实际温度。这样便可保证：一方面，混合物加浓可以使壁膜尽可能快速地形成，另一方面根据已形成的壁膜的厚度可以提早回撤燃料加浓，从而不是非必要地计量无论对壁膜的继续形成还是对燃烧都不是必需的燃料。
根据本发明提出的方法的另一个有利的实施形式，目标转速不是固定地预定的，而是依据一个实际的汽车电压、一个实际的力矩要求、一个已得到的内燃机温度和/或一个已得到的停机阶段持续时间而求得的。这样，在考虑到不同工作参数的情况下就可使内燃机有更加改进的起动性能。例如若实际的汽车电压特别小，那为了达到一个预定的目标转速可不是由车辆蓄电池提供所需的功率。还有，为了能够使内燃机实现可靠的起动，可以降低目标转速，使得该目标转速利用所提供的车辆蓄电池的功率就可达到。于是特别可做出如下规定：按传统的方式实施一种起动，所谓传统方式就是内燃机利用电动机只加速到达到起动转速为止。
最好选择目标转速高于空运转转速。这一点在下述情况下是特别有利的：内燃机可以按一种所谓的惯性运行进行工作。于此，为了内燃机的起动，特别是为了燃料计量和混合加浓，可以采用个别的方法部分，这些方法部分在控制装置上就已用于在结束惯性运行之后实现再使用(Wiedereinsetzen)。特别是，本发明提出的方法可有利地用于下述情况：按规定，内燃机和电动机以一种混合式驱动一起工作，这是因为在一种混合式驱动情况下一方面为推进阶段后的再使用已有对策；另一方面，设计电动机，使得可以容易地达到为实施本发明提出的方法所需的目标转速。
此外，本发明的任务是通过一种控制装置以及通过文首述及的那种内燃机如此加以解决的，该控制装置或该内燃机都可为实施本发明提出的方法加以配置。
本发明的任务也是通过文首述及的一种计算机程序如此加以解决的，当该计算机程序在计算机上运行时，该计算机程序是为实施本发明提出的方法编制的。这样，该计算机程序如同方法一样也代表本发明，该计算机程序就是为了实施本方法而编制的。
附图说明
本发明的其它特征、应用方案和优点均见下面关于本发明的一些实施例的说明，这些实施例见附图所示。
附图表示：
图1是配有内燃机和控制装置的汽车的示意图，内燃机和控制装置为实施本发明提出的方法而配置；
图2是按照一个可能的实施形式的本发明提出的方法的时间过程示意图；
图3是本发明提出的方法的一个实施例的示意流程图。
具体实施方式
图1中示意地示出一部汽车1，该汽车配有一台内燃机2和一个控制装置3。内燃机2具有气缸4，气缸与一条吸气管5和一个排气***9相连。在吸气管5中安置了一个喷油阀6，该喷油阀经过一条燃料导管7而与一燃料储存容器8相连。喷油阀6经过一条信号导线18而与控制装置3相连。
排气***9包含一个废气净化装置，特别是一种催化剂10。在排气***9中安置了一个用于测定废气质量的传感器特别是一种在图中未示出的λ-探测器，并经过该传感器一条信号导线11而与控制装置3相连。
为内燃机2配置了一个电动机12。电动机12特别也可以是一种混合式驱动装置的一部分。电动机12经过一条信号导线13与控制装置3相连。
汽车1还包含一个踏板值传感器14，该传感器经过一条信号导线15也与控制装置3相连。
控制装置3包含一个处理器16和一个存储元件17。该存储元件17例如可是RAM或ROM。此外，存储元件17也可以作为一种闪存储器或者作为光学的或磁学的存储介质加以设计。在存储元件17上例如存储一个计算机程序，该计算机程序是为实施本发明提出的方法而编制的。
控制装置3适用于控制和调节内燃机2的运行。控制装置3特别为实施本发明提出的方法而被编程。
图1中所示汽车1各部分的配合作用将利用图2和3中所示本发明提出的方法的实施形式加以说明。
图2中首先示出用于实施本发明的方法的可能的时间过程。示例性的实施形式包含以下几个方法步骤：停机阶段20，牵引阶段21和燃烧阶段22。
在停机阶段20结束之后便开始牵引阶段21，利用电动机12以提高内燃机2的转速25，直到其转速达到目标转速23。在牵引阶段中，发动机控制器被置于一种状态中或者说在一种状态中操作，这种状态与内燃机2的推进运行(Schubbetrieb)相似。如果在提高转速25时，达到了或超过了起动转速24，首先还不会如同按现有技术已知的方法所做的并通过图2中的起动条件所示的那样施行喷射。而是起用一种扩大的起动条件，该起动条件例如描述在车辆行驶时起动的功能，从而描述一种再使用功能。因此，扩大的起动条件29描述一种情况：起动条件27已实现，也就是说最小的起动转速24已达到，但尚未执行燃料计量或者说燃料喷射。
在激活扩大的起动条件29之后，便可确定混合物加浓26。这种混合物加浓例如可以置于最大可能的值上。于此特别有利的是得到实际的工作参数，并且在考虑所得到的工作参数的情况下，一方面能够实现一个特别的废气最佳的混合物加浓，另一方面能够实现一个尽可能迅速地形成壁膜。
当然，如果基于牵引阶段21而预期完全的壁膜消失，例如因为牵引阶段21持续的时间特别长，或者目标转速23选择得特别高，则可以规定：将混合物加浓26总是置于最大值上。然而有利的是例如根据停机阶段20的持续时间去求得混合物加浓26，以便考虑燃烧室的冷却，从而考虑到与之相连的燃烧效率的减小。
在燃烧阶段22中，最后由控制装置3利用信号线路18适当控制喷射阀6实现喷射释放28。然后在相继的工作周期中立即地或者延时地最好按工作周期地将混合物加浓26减小一个固定地预定的或最好是按动态求得的值，直到壁膜完全形成。
图3中示出本发明提出的方法的一个实施例的示意流程图。本发法以步骤100开始，在此步骤中应得到一个起动要求。一个起动要求可以由驾车者提出或者在内燃机2的起动-停止-运行中在从一个停止阶段进入起动阶段的过渡时自动产生。
所得到的起动要求引起步骤101中从停机阶段20到牵引阶段21的过渡，在该步骤中首先激活电动机12。
在步骤102中进行检查，看转速25是否已达到或超过起动转速24。如果是，则结束起动条件27，该起动条件描述由现有技术所知道的起动方法。
在步骤103中则应得到一些实际的工作参数。这些实际的工作参数例如描述内燃机2的温度或者描述由踏板值传感器14经过信号导线15而传送给控制装置3的一个实际力矩要求。
在步骤104中，则根据所得到的实际工作参数在扩大的起动条件29内确定混合物加浓26。于此，混合物加浓26是如此设计的，使得壁膜能尽可能快速地形成，而且在燃烧阶段22的开始进行燃烧时仍可以实现一种废气最佳的燃烧。
在步骤105中，则检查，看目标转速23是否已达到。如果没有达到，则重复检查。还可以设想：返回到步骤103，并重新得到那些实际的工作参数和/或在步骤104中确定一个实际的混合物加浓26。
如果目标转速23已达到，则在步骤106中实现喷射释放28，该喷射释放即表示从牵引阶段21至燃烧阶段22的过渡。
在步骤107中，可根据已得到的实际工作参数或一个预定的组合特性曲线减小混合物加浓26，使得壁膜仍能完全形成，并且于此可以实现一种废气最佳的燃烧。于此，还应考虑与实际进行的燃烧有关的已形成的壁膜的作用。于此，还可特别考虑一个当前的力矩要求。
本方法在步骤108中结束，在此步骤中壁膜完全形成，而为壁膜的形成所设定的混合物加浓26也就完全减少了。
如果内燃机2在一个推进阶段(Schubphase)例如在推力停机中仍然是可以运转的，那么，本发明提出的方法是可以特别有效地实现的，如果一种已经存在的基本功能可用于再使用的话。本发明提出的方法是以混合物加浓26为依据的，该混合物加浓是为在惯性阶段之后有效地再启动而设定的。这样，本发明的方法一方面是可以特别简单地实现的，另一方面可以特别施行以使废气最佳，因为在施行本发明提出的方法时所需要的许多参量都已为再使用的基本功能加以得到和加以分析处理。
通过特别强的电动机12，例如在混合式驱动装置上用的电动机，和通过与之相连的经过改变的马达控制装置或驱动装置控制装置，在牵引阶段21中使内燃机2可以被置于一种与推进式运行相似的状态。如果起动转速24被超过，那么，以起动条件27为特征的和从现有技术所知道的起动方法在达到起动转速24之后复位，而不致动内燃机2的执行机构，特别是不释放喷射装置，而为控制混合式驱动装置所存在的再使用功能则通过一个扩大的起动条件29加以起动。该方法可以依靠再使用的基本功能，且一旦达到目标转速23，就实现喷射装置28的释放。
当然，本方法的修改是可以设想的。例如本方法可以完全在不事先测定起动转速24或起动条件27的情况下执行。另外，可以预定出一个转速，在此转速起确定混合物加浓26。于此，可以如此预定该转速，使得可提供充足的时间来可靠地确定混合物加浓26。

Claims (14)

1.内燃机(2)的起动方法，其中在停机阶段(20)之后激活电动机(12)，内燃机(2)利用此电动机(12)而被置于起动转速(24)上，本方法的特征在于：
·内燃机(2)利用电动机(12)在牵引阶段(21)中被置于目标转速(23)，目标转速(23)在起动转速(24)之上及至少近似地相当于至少一个空运转转速；
·在超过起动转速(24)之后确定混合物加浓(26)；
·在达到目标转速(23)之后在燃烧阶段(22)中在考虑已确定的混合物加浓(26)的情况下进行燃料计量。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于：
混合物加浓(26)是根据以下条件加以确定的：
·得到的停机阶段(20)的持续时间；
·得到的牵引阶段(21)的持续时间；
·目标转速(23)；或
·得到的温度。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
混合物加浓(26)作为最大可能的值加以确定。
4.按以上权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于：
混合物加浓(26)根据实际的力矩要求加以确定。
5.按以上权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于：
在燃烧阶段(22)中混合物加浓(26)分级地或连续地撤回。
6.按权利要求5所述的方法，
其特征在于：
混合物加浓(26)在考虑到以下条件的情况下撤回：
·混合物加浓(26)的实际值；
·目标转速(23)；
·得到的实际转速(25)；
·得到的燃烧阶段(22)的持续时间；
·得到的实际力矩要求；或
·得到的内燃机(2)的温度。
7.按以上权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于：
目标转速(23)根据下述条件确定：
·实际的汽车电压；
·实际的动理要求；
·得到的内燃机(2)的温度；或
·得到的停机阶段(20)的持续时间。
8.按以上权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于：
目标转速(23)选择在空运转转速之上。
9.按以上权利要求中任一项所述的方法，内燃机(2)可运行在推进阶段中，并在推进阶段之后的一个再使用阶段中可实施一种混合物加浓，
其特征在于：
混合物加浓(26)是类似于再使用阶段中的混合物加浓加以确定的。
10.用于控制和调节内燃机(2)的控制装置(3)，为内燃机(2)配置了可以在停机阶段(20)之后激活的电动机(12)，内燃机(2)利用该电动机可以置于起动转速(24)，
其特征在于：
控制装置(3)具有用于实施按权利要求1至9中任一项所述方法的机构。
11.内燃机(2)，其配置有在停机阶段(20)之后可以激活的电动机(12)，内燃机(2)利用此电动机可以提到起动转速(24)，
其特征在于：
为内燃机(2)配置了用于实施按权利要求1至9中任一项所述方法的机构。
12.按权利要求11所述的内燃机(2)，其特征在于：
通过内燃机(2)和电动机(12)的配合作用，可实现混合驱动装置。
13.计算机程序，该计算机程序可以在计算装置上特别在控制装置(3)上运行，该控制装置用于控制和调节内燃机(2)，
其特征在于：
该计算机程序为了实施按权利要求1至9中任一项所述方法而编制的，如果该计算机程序在计算装置上运行。
14.按权利要求13所述的计算机程序，
其特征在于：
该计算机程序被存储在存储元件(17)上特别是存储在为计算装置所配置的存储元件(17)上，该存储元件(7)是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存器、光学存储介质或磁学存储介质。
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