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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine,
bei der mindestens eine Funktion zu einem bestimmten Kurbelwellenwinkel
durch ein Steuergerät
gestartet wird.
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Zur
Synchronisierung, also der Positionsfindung des Kurbelwellenwinkels
der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine im Start, kommen derzeit
verschiedene Verfahren zum Einsatz. Bei einem ersten Verfahren wird
die Auslaufposition der Kurbelwelle während des Abstellens der Brennkraftmaschine
bestimmt und diese Information in der Motorsteuerung bis zu einem
Neustart gespeichert. Dieses Verfahren wird auch als Auslauferkennung
bezeichnet und ist mit größeren Unsicherheiten
behaftet, da die Brennkraftmaschine zum Beispiel bei ausgeschalteter
Zündung
und damit ausgeschaltetem Steuergerät bewegt werden könnte, beispielsweise
indem das Fahrzeug bei eingelegtem Gang geschoben wird. Dieses erste
Verfahren wird auch als Synchronisierungsstufe 1 bezeichnet. Bei
einem zweiten Verfahren erfolgt die Auswertung eines Signals eines
Nockenwellensensors, wobei das zugehörige Nockenwellengeberrad geeignet
ausgeführt
sein kann, um eine möglichst schnelle
Positionsfindung zu ermöglichen.
Ein derartiges Geberrad wird auch als Schnellstart-Geberrad bezeichnet.
Diese Synchronisierungsart ist bei Brennkraftmaschinen mit verstellbarer
Nockenwelle mit Unsicherheiten behaftet, da die Nockenwelle im Start
fälschlicherweise
nicht eingerastet sein könnte. Dieses
Verfahren wird auch als Synchronisierungsstufe 2 bezeichnet. Bei
einem dritten Verfahren erfolgt die Auswertung des Kurbelwellen-
sowie Nockenwellen-Sensors zum Zeitpunkt der Lücke im Kurbelwellen-Geberrad.
Diese Synchronisierungsart ist mit der geringsten Unsicherheit behaftet,
da die zur Geberradlücke
gehörige
Kurbelwellen- und Nockenwellenposition sicher bestimmt werden kann. Ein
derartiges Verfahren wird auch als Synchronisierungsstufe 3 bezeichnet.
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Die
zuvor genannten Verfahren zur Synchronisierung können parallel voneinander ablaufen.
Mit steigender Synchronisierungsstufe reduziert sich die Unsicherheit
der Ermittlung des Kurbelwellenwinkels. Die jeweilig erreichte Synchronisierungsstufe
während
des Losdrehens der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine im Start der
Brennkraftmaschine kann zum Beispiel durch eine in einem Steuergerät abgelegte Variable
angezeigt werden.
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Sobald
die Synchronisierung erfolgt ist, können winkelsynchrone Rechenraster
(auch als Tasks bezeichnet) ausgeführt werden, welche zum Beispiel eine
Kraftstoff-Einspritzung oder eine Zündung eines Zylinders auslösen können. Die
Position der winkelsynchronen Rechenraster relativ zum oberen Totpunkt
eines Referenzzylinders ist in der Regel einstellbar. Zu unterschiedlichen
Kurbelwellenwinkeln können
unterschiedliche Rechenraster mit unterschiedlichen Funktionen ausgeführt werden.
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Während eines
Starts einer Brennkraftmaschine, sobald also die Drehbewegung der
Kurbelwelle beginnt, können
winkelsynchrone Rechenraster entsprechend der Informationen einer
Auslauferkennung oder des Nockenwellen-Sensors in der Synchronisierungsstufe
1 oder 2 gestartet werden. Motorsteuerungsfunktionen, wie zum Beispiel
eine Einspritzung oder Zündung,
welche in diesen winkelsynchronen Rechenrastern verarbeitet werden,
können im
Start der Brennkraftmaschine zwar aufgerufen werden, es kann jedoch
der Fall sein, dass eine tatsächliche
Ansteuerung der entsprechenden Endstufe, zum Beispiel der Zündung oder
der Ansteuerung eines Einspritzventils oder dergleichen, solange
unterdrückt
werden muss, bis die Synchronisierungsstufe 3 erreicht ist, bis
also eine größtmögliche Genauigkeit
der Kurbelwellenwinkel-Bestimmung
gegeben ist.
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Das
Erreichen der Synchronisierungsstufe 3 bedeutet also, dass die Kurbelwellengeberradlücke oder
bei einem Geberrad mit asynchroner Teilung die die Geberradlücke ersetzende
asynchrone Anordnung von Zähnen
und Zahnlücken,
detektiert worden sein muss. Die Geberradlücke wird durch die Montage
des Geberrades definiert, ist dabei abhängig von dem jeweiligen Modell
der Brennkraftmaschine und kann zum Beispiel bei 50° Kurbelwellenwinkel
vor dem oberen Totpunkt (OT) eines Referenzzylinders liegen.
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Verschiedene
Randbedingungen können
es erfordern, dass ein bestimmtes winkelsynchrones Rechenraster
in einem definierten Winkel vor dem oberen Totpunkt liegen muss.
Zusätzlich
kann der Fall vorliegen, dass die Genauigkeit einer in diesem Rechenraster
gerechneten Motorsteuerungsfunktion es erfordert, dass Berechnungen
oder Berechnungsausgaben im Start der Brennkraftmaschine erst bei Synchronisierungsstufe
3 erfolgen können,
dass also eine be stimmte Funktionalität mit ihrer Ausführung im Start
der Brennkraftmaschine prinzipiell auf eine erkannte Lücke im Geberrad
warten muss.
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Dabei
kann der Fall eintreten, dass der Start der Brennkraftmaschine mit
einem Kurbelwellenwinkel beginnt, bei dem das winkelsynchrone Rechenraster
für eine
Funktion gerade überschritten
wurde. Beginnt der Start der Brennkraftmaschine also beispielsweise
bei einem Kurbelwellenwinkel von 50° vor dem oberen Totpunkt eines
Zylinders und beginnt ein winkelsynchrones Rechenraster für eine spezielle Funktion
beispielsweise 60° vor
dem oberen Totpunkt des Zylinders, so wird diese Funktion erst nach erneutem
Erreichen des Kurbelwellenwinkels von 50° vor dem oberen Totpunkt des
Zylinders ausgeführt.
Dies bedeutet, dass die zugehörige
Funktion erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt, nämlich nach
einer Kurbelwellenumdrehung, ausgeführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung sowie ein Computerprogramm anzugeben, die eine möglichst frühzeitige
Ausführung
von winkelsynchronen Rechenrastern im Start einer Brennkraftmaschine
bewirken.
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Dieses
Problem wird gelöst
durch ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine, bei der
mindestens eine Funktion zu einem Kurbelwellenwinkel durch ein Steuergerät gestartet
wird, wobei die Funktion vom Start der Brennkraftmaschine bis zum
Erreichen einer Endbedingung um einen Relativwinkel zu einem späteren Kurbelwellenwinkel
verschoben wird. Das Starten der Funktion erfolgt in einem winkelsynchronen
Rechenraster, die Funktion wird also zu einem definierten Kurbelwellenwinkel
gestartet. Unter Funktion wird hier jede Art der Berechnung oder Steuerung
bzw. Regelung von Funktionen der Brennkraftmaschine verstanden,
also beispielsweise die Bestimmung eines Zündzeitpunktes, die Bestimmung
eines Einspritzzeitpunktes, die Bestimmung einer Einspritzmenge
und dergleichen. Unter Start der Brennkraftmaschine wird hier das
Einschalten eines Steuergerätes
bei nicht drehender Kurbelwelle verstanden. Der Start der Brennkraftmaschine
kann auch definiert werden zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Anlasserbetätigung oder
der Drehbeginn der Kurbelwelle erfolgt. Unter einem späteren Kurbelwellenwinkel
wird hier ein Kurbelwellenwinkel verstanden, der zeitlich gesehen
später
erreicht wird. Der Relativwinkel ist dadurch in Drehrichtung positiv
definiert. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktion ein Ereignis
steuert, das um einen Ausführungswinkel
nach dem Start der Funktion ausgeführt wird, und dass der Relativwinkel
kleiner als der Ausführungswinkel
ist. Die zu dem bestimmten Kurbelwellenwinkel gestartete Funktion
berechnet oder steuert ein Ereignis, das um den Ausführungswinkel
nach dem bestimmten Kurbelwellenwinkel liegt. Die Funktion benötigt also eine
gewisse Zeit und damit einen gewissen überstrichenen Kurbelwellenwinkel
bis das Ergebnis der Funktion vorliegt. Der Relativwinkel wird nun
so gelegt, dass der Kurbelwellenwinkel, zu dem das Ergebnis der
Funktion vorliegt, nicht verschoben werden muss. Vorzugsweise wird
der Relativwinkel so groß gewählt, dass
ein zeitlich vor der Geberradlücke liegendes
Rechenraster nach der Verschiebung nach der Geberradlücke zu liegen
kommt. Durch die Lücke ist
die Synchronisierungsstufe 3 erreicht und die Einspritzung kann
im verschobenen Rechenraster sofort freigegeben werden. Die Funktion
muss durch das Verschieben des Kurbelwellenwinkels, zu dem diese gestartet
wird, das Ergebnis schneller liefern, was durch die geringe Kurbelwellendrehzahl
während
des Starts der Brennkraftmaschine aber gewährleistet ist. Vorzugsweise
ist weiter vorgesehen, dass die Endbedingung das Erkennen einer
Geberradmarkierung für
einen ausgewiesenen Absolut-Kurbelwellenwinkel, insbesondere das
Erkennen einer Geberradlücke,
ist. Die Endbedingung kann aber ebenso das Erreichen einer Mindestdrehzahl
der Kurbelwelle sein. Bei Erreichen der Endbedingung wird die Verschiebung
um den Relativwinkel aufgehoben. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass
die Funktion die Berechnung von Einspritzparametern und/oder einem
Zündzeitpunkt
zumindest eines Zylinders der Brennkraftmaschine umfasst. Die Einspritzparameter
umfassen vorzugsweise mindestens einen Einspritzbeginn einer Einspritzung.
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung,
insbesondere ein Steuergerät
oder eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet
ist, sowie durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller
Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm
in einem Computer ausgeführt
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 die
zeitliche Abfolge von Funktionen für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist
ein Diagramm dargestellt, das die Ausführung verschiedener Motorfunktionen über dem
Kurbelwellenwinkel zeigt. Der Kurbelwellenwinkel (OKW) ist anhand
der oberen Totpunkte OT der Zylinder 1 bis 4 einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine bezeichnet.
Der obere Totpunkt des Zylinders 1 ist als OT Zyl. 1 bezeichnet,
der obere Totpunkt des Zylinders 2 ist als OT Zyl. 2 bezeichnet,
der obere Totpunkt des Zylinders 3 ist als OT Zyl. 3 bezeichnet
und der obere Totpunkt des Zylinders 4 ist als OT Zyl. 4 bezeichnet.
Das Signal eines Kurbelwellengebers SKW ist als Linienzug dargestellt,
wobei die Geberradlücke
jeweils mit GL bezeichnet ist. Der Start der Brennkraftmaschine
erfolgt zu einem, mit einem Pfeil ST bezeichneten Kurbelwellenwinkel,
dieser liegt um wenige Grad nach der Geberradlücke. Bis zum erneuten Erreichen
der Geberradlücke
GL, dieser Kurbelwellenwinkel ist durch eine senkrechte gestrichene
Linie GL2 gekennzeichnet, liegt also keine Synchronisierung des
Kurbelwellengebersignals anhand der Geberradlücke vor. Nach dem Erreichen
der Geberradlücke
zu dem Kurbelwellenwinkel GL2 liegt eine Synchronisierung vor. Aufrufe
von Funktionen (auch als Tasks bezeichnet) sind in 1 jeweils
als senkrechte Linien mit Quadraten als Linienenden bezeichnet.
Eine dieser Funktionen ist mit dem Bezugszeichen T gekennzeichnet.
Die Aufrufe von Funktionen dienen der Ermittlung von Steuer- oder
Regelgrößen einer
Brennkraftmaschine oder zur Durchführung bestimmter Aktionen der
Brennkraftmaschine wie z. B. dem Absetzen einer Einspritzung oder
der Zündung
einer Zündkerze,
wobei die Funktionen durch ein Steuergerät bzw. ein in dem Steuergerät ausgeführten Computerprogramm
ausgeführt
werden. Die Funktionen T steuern Ereignisse, die um einen Ausführungswinkel
A nach dem Beginn der Funktionen ausgeführt werden. Beispielsweise
steuert die Funktionen T eine Zündung
Z, die um den Ausführungswinkel
A später
als der Beginn der Funktionen T gestartet wird. Ansaugphasen für den jeweiligen
Zylinder sind als durchgezogene waagerechte Linie bezeichnet, zur
leichteren Erkennbarkeit ist wiederum eine der Ansaugphasen mit
einem Bezugszeichen AN gekennzeichnet. Die vor der Ansaugphase AN
befindliche Ausschiebephase AU ist hier jeweils als kariertes Rechteck
dargestellt. Schichteinspritzungen SE sind als nebeneinander liegende
und mit einer Linie verbundene Rauten dargestellt, Homogeneinspritzungen
HE sind als nebeneinander fegende und mit einer Linie verbundene
Rechtecke dargestellt. Zündungen
Z sind jeweils als Dreiecke dargestellt. Die zu den Zylindern 1
bis 4, diese sind als Zyl. 1 bis Zyl. 4 bezeichnet, gehörenden Funktionen
bzw. Vorgänge
sind in der Darstellung der 1 übereinander
dargestellt und mit der entsprechenden Zylinderbezeichnung mit einer
gestrichelten Linie versehen.
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1 zeigt
unten den Signalverlauf des Kurbelwellengebers, angenommen ist eine
Startposition der Brennkraftmaschine direkt nach der Geberradlücke. Dargestellt
sind die 180° periodischen
Funktionen für
die einzelnen Zylinder, welche in diesem Fall solange nach rechts
(nach spät)
verstellt werden, bis die erste Lücke im Geberrad erkannt ist.
Dadurch kann eine Funktionalität,
welche die Synchronsisierungsstufe 3, also das Vorliegen einer Synchronisierung
anhand der Geberradlücke,
erfordert, schnellstmöglich
ausgeführt
werden. Für
den Fall, dass diese Funktionalität beispielsweise die Zündausgabe
darstellt, kann durch diese Maßnahme
eine Zündung von
Zylinder 3 im Ausführungsbeispiel
der 1 eingeleitet werden, wohingegen ohne die erfindungsgemäße Verschiebung
um einen Relativwinkel ΔKW erst
eine Zündung
von Zylinder 4 möglich
wäre.
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Eine
Funktion T1 des Zylinders 2 und eine Funktion T2 des Zylinders 3
liegen zwischen dem Start der Brennkraftmaschine ST und dem Kurbelwellenwinkel,
bei dem die Geberradlücke
GL erstmalig erkannt worden ist. Die beiden Funktionen T1 und T2
finden also zwischen dem Start der Brennkraftmaschine zum Kurbelwellenwinkel
ST und dem Vorliegen einer gesicherten Synchronisierung zum Kurbelwellenwinkel
GL2 statt. Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, diese Funktionen um einen Relativwinkel ΔKW zu späteren Kurbelwellenwinkeln
hin zu verschieben. Die Relativwinkel ΔKW sind jeweils durch geschwungene
Pfeile dargestellt, die Funktion T1 ist um den Relativwinkel ΔKW zur Funktion
T1' verschoben und
die Funktion T2 um den Relativwinkel ΔKW zur Funktion T2'. Dies hat in dem
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Folge, dass
die Funktion T2' nunmehr
nach dem Erkennen der Geberradlücke GL
zum Kurbelwellenwinkel GL2 aufgerufen wird, für die Funktion T2' also nunmehr eine
Kurbelwellensynchronisierung vorliegt, während dies bei der nicht verschobenen
Funktion T2 nicht der Fall gewesen wäre. Ohne die erfindungsgemäße Verschiebung
um den Relativwinkel ΔKW
wäre die
Funktion T2 erstmalig zwei Kurbelwellenumdrehungen später bei
T2x aufgerufen worden. Die Lage von T1/T1' ist mit Unsicherheiten behaftet. In
T1' können deshalb
nur Funktionen berechnet werden, die keine große Genauigkeit erfordern. So
könnte
in T1' z. B. die
Homogen-Einspritzmenge für
Zylinder 3 berechnet und ausgegeben werden. Für eine Schicht-Einspritzung würde die
Genauigkeit nicht ausreichen, ebenso nicht für eine Zündung. Allerdings kann die
Zündung mit
der erforderlichen Genauigkeit für
Zylinder 3 ja in T2' berechnet
werden.
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In
T1' sollten nur
Berechnungen ausgeführt werden,
die keine höchste
Genauigkeit erfordern.
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Im
vorliegenden Beispiel liegt also ein Rechenraster 60° Kurbelwellenwinkel
vor dem oberen Totpunkt und berechnet eine Funktion, zum Beispiel einen
Zündwinkel
der nächsten
Verbrennung. Die Ausgabe dieser Funktion erfordert es jedoch, dass die
Motorsteuerung mit größter Zuverlässigkeit
synchronisiert ist, somit auf die Lücke im Kurbelwellengeberrad
warten muss, welche beispielsweise im vorliegenden Fall 50° Kurbelwellenwinkel
vor dem oberen Totpunkt liegt. Im Startfall muss also auf die Lücke gewartet
werden, wenn diese jedoch erkannt ist und damit die Freigabe der
Berechnung oder Ausgabe der Funktion vorliegt, dann ist das entsprechende Rechenraster
gerade vorbei und es muss auf das nächste entsprechende Rechenraster
gewartet werden, welches bei einem 4-Zylindermotor dann in der Regel
720° periodisch
liegt, das heißt
in diesem Beispiel erst nach 710° Kurbelwellenwinkel
wieder auftritt. Dieser Fall ist in 1 am Beispiel
des Zylinders Zyl. 3 verdeutlicht.
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Erfindungsgemäß wird das
Rechenraster im Startfall nun kurzzeitig an andere Kurbelwellenwinkelpositionen
verschoben, um das Startverhalten der Brennkraftmaschine zu beschleunigen.
Im Startfall wird also das winkelsynchrone Berechnungsraster vorübergehend
an andere Winkelpositionen verschoben. Im bezeichneten Beispiel
bietet sich an, das Rechenraster, welches im Normalbetrieb des Motors
bei 60° Kurbelwellenwinkel
liegt, so lange auf 50° Kurbelwinkelwinkel
vor dem oberen Totpunkt zu verschieben, bis die Lücke im Geberrad
erkannt ist. Der Vorteil ist ein beschleunigtes Startverhalten.
Im bezeichneten Beispiel ergibt sich eine 180° Kurbelwellenwinkel frühere Verbrennung,
es wird also einen oberen Totpunkt eines Zylinders früher gezündet (beim
4-Zylindermotor wird ein oberer Totpunkt eines Zylinders aller 180° Kurbelwellenwinkel
erreicht), bei üblichen Startzeiten
einer Brennkraftmaschine und üblichen Anlasserdrehzahlen
ergibt sich dadurch eine Startbeschleunigung um bis zu ca. 25%.