DE102011090149A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Organs im Luftzufuhrtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Drosselklappe - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines Organs (22) im Luftzufuhrtrakt (29) einer Brennkraftmaschine (19), insbesondere einer Drosselklappe, wobei die Brennkraftmaschine (19) eine Antriebswelle (28) hat, die mit einem Zahnkranz (16) gekoppelt ist und die Brennkraftmaschine (19) mindestens einen Zylinder (30) mit mindestens einem Einlassventil (37) aufweist, wobei sich die Brennkraftmaschine (19) im Auslauf befindet und sich dadurch die Drehzahl der Antriebswelle (28) unter Ausbildung von Drehzahlschwankungen (60) senkt, wobei die Brennkraftmaschine (19) mit einer Startvorrichtung (13) gekoppelt ist, die ein Ritzel (10) zum Einspuren in den Zahnkranz (16) aufweist, welches dazu dient, die Antriebswelle (28) der Brennkraftmaschine (19) in Drehung zu versetzen, um ein Starten der Brennkraftmaschine (19) zu ermöglichen, und das Organ (22) in einer zumindest angenäherten Schließposition (61) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (22) so angesteuert wird, dass es den Luftzufuhrtrakt (29) öffnet, bevor das Ritzel (10) in den Zahnkranz (16) der Brennkraftmaschine (19) einspurt.

Description

  • Stand der Technik
  • Im Rahmen von Start/Stopp-Systemen werden neue Funktionalitäten innerhalb der Motorsteuerung entwickelt, um den geänderten Anforderungen an die Starteransteuerung, der Kraftstoffeinspritzung, der Betriebsstrategie etc. zu begegnen. Für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren wird die Regulierung der Zylinderluftmenge und der Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors im Start/Stopp-Betrieb betrachtet. Dem Stand der Technik entsprechend wird im Start/Stopp-Betrieb nach Auslösen eines Motorstopps die Drosselklappe geschlossen (für Dieselmotoren z.B. zur Minimierung des Abstellschüttelns) und die Freigabe für die Kraftstoffeinspritzung oder Zündung zurückgezogen. Der Wiederstart des Verbrennungsmotors wird während des Auslaufes durch das Öffnen der Drosselklappe und die Freigabe der Einspritzung oder Zündung vorbereitet. Dies wird innerhalb der Motorsteuerung über Drehzahlschwellen realisiert, wobei die verwendete Drehzahl (winkelbasierte Aktualisierung gemäß Synchronisierungsberechnung) im Vergleich zu einer zahnbasierten Drehzahl des Motorgebers gefiltert ist.
  • In einem konventionellen Start/Stopp-System ohne die Funktion 'Einspuren im Auslauf' steht für die Vorbereitung der Wiederstartfähigkeit des Verbrennungsmotors über diese beiden Vorgänge genügend Zeit zur Verfügung. Ein Wiederstart wird erst nach Detektion des Stillstandes des Verbrennungsmotors ausgelöst. Die Vorbereitung des Wiederstartes ist zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen und die Zeitdauer des Wiederstartes (z.B. die Dauer vom Setzen der Startanforderung bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl) wird nicht beeinflusst.
  • Dies ändert sich in der so genannten 'Change of Mind'-Situation mit Einspuren im Auslauf. Wenn vom Fahrzeugführer kurz nach einer Stoppanforderung ein Wiederstart angefordert wird, kann über die Funktion 'Einspuren im Auslauf' der Startermotor noch während des Auslaufes des Verbrennungsmotors eingespurt werden. Die Zeitdauer für das Öffnen der Drosselklappe und die Freigabe der Einspritzung bzw. Zündung sind in diesem Fall zeitkritisch. Die Wiederstartfähigkeit des Verbrennungsmotors muss in diesem Fall rechtzeitig zum Zeitpunkt des Einspurens hergestellt sein. Durch die Erweiterung der Start/Stopp-Funktionalität mit 'Einspuren im Auslauf' muss auch eine Anpassung bereits existierender Motorsteuerungsfunktionen erfolgen.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren dargelegt, welches die Ansteuerung der Drosselklappe und der Einspritzung zur Vorbereitung des Wiederstartes eines Verbrennungsmotors nach 'Einspuren im Auslauf' im 'Change of Mind' beschreibt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird anhand mindestens eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 zeigt die Einflussparameter auf das erfindungsgemäße Verfahren,
  • 2 einen schematischen Funktionsablauf für das Öffnen des Organs,
  • 3 eine erfindungsgemäße Anordnung,
  • 4 einen Zeitablauf,
  • 5 eine schematische Darstellung des Öffnungswinkels eines Einlassventils.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Eingangsgrößen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine Einspurzeit te, zu der ein Ritzel 10 einer Startvorrichtung 13 in einen Zahnkranz 16 einer Brennkraftmaschine 19 einspurt, 1. Die Einspurzeit te wird durch eine Prognose des Auslaufs der BKM 19 bestimmt, Schritt S1, 2. Im Rahmen der Prognose, die sich auf bekannte Verfahren stützt, wird ermittelt, welche Drehposition eine Antriebswelle der BKM zu welchem zukünftigen Zeitpunkt einnimmt. Dies dient letztlich zur Ermittlung zu welchem kommenden Zeitpunkt te das Ritzel 10 (3) günstiger Weise in den Zahnkranz 16 einspuren soll, Schritt S2. Des Weiteren geht ein Stellwinkel ALPHA22 eines Organs 22 (z. B. Drosselklappe) eines Ventils 25 und ein Drehwinkel ALPHA28 ein. Der letztgenannte Winkel beschreibt eine Drehstellung einer Antriebswelle 28 (Kurbelwellenwinkel) der BKM 19. Statt des Stellwinkels 22 kann alternativ auch ein gemessener Luftdruck p28 im Luftzufuhrtrakt 28 eingehen. Des Weiteren gehen eine Winkellage eines oberen Totpunktes ALPHAOT und ein Winkelabstand ALPHADELTA zwischen oberen Totpunkten zwischen zwei Zylindern 30 ein. Schließlich geht ein Signal „start y/n“ ein, über das erkennbar ist, ob der Wiederstart abgeschlossen ist oder nicht.
  • Die Ausgangsgrößen sind ein Signal open22 zum Öffnen des Organs 22 (z. B. Drosselklappe), das den Wert 0 oder 1 annehmen kann. Ein weiteres Signal injec31, das den Wert 0 oder 1 annehmen kann, dient zur Freigabe des Einspritzens von Kraftstoff durch ein Einspritzventil 31. Bei Ottomotoren wird gleichzeitig die Zündung eingeschaltet. Für den Fall, dass das Organ 22 fehlerhaft angesteuert und damit in den erwarteten bzw. prognostizierten Auslauf erheblich eingegriffen wurde, ist das Verfahren zur Prognose des Auslaufs zu ändern. Das entsprechende Signal ist das Signal changeprog. Eine Bewertung der fehlerhaften Ansteuerung ist im Einzelfall vorzunehmen.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zu einem Zeitpunkt tp eine Prognose des Auslaufs der BKM 19 bestimmt. Hierfür können verschiedene alternative Verfahren verwendet werden, die bereits bekannt sind. Im Rahmen des gewählten Verfahrens wird beispielsweise bestimmt, dass das Verfahren unterhalb einer motortypischen Drehzahl automatisch beginnt. Die Prognose ergibt namentlich eine Vorhersage für den Drehzahlverlauf n(t) der Antriebswelle 28. Aufgrund von Vorgaben, beispielsweise eines Drehzahlbereichs für eine Mindesteinspurdrehzahl nemin und einer Maximaleinspurdrehzahl nemax, wird daraus ein Einspurzeitpunkt te zu einer Einspurdrehzahl ne ermittelt.
  • Durch die Kenntnis des Einspurzeitpunkts te ergibt sich die Möglichkeit zu ermitteln, wann das Organ 22 spätestens angesteuert werden muss, damit es zum gewollten Zeitpunkt te nach Möglichkeit maximal geöffnet ist oder dann der gewünschte Luftdruck p28 eingestellt ist. Um das Organ 22 maximal zu öffnen bzw. einen gewünschten Öffnungszustand herzustellen, Schritt S3, bedarf es einer gewissen Zeitdauer t22 (Rampenfunktion), in der ein nicht dargestellter Motor das Organ 22 öffnet. Damit der Motor öffnet, muss ein Signal open 22 verarbeitet werden, wofür eine Signalverarbeitungszeit tsp22 (Signalverzögerung) erforderlich ist. Der Zeitpunkt eine Signalauswerteeinheit 34 ein Signal zu veranlassen, ist damit ausgehend von te um die Zeitdauern t22 und tsp22 vorverlegt, so dass sich als Zeitpunkt zum Veranlassen der Öffnung des Organs 22 der Zeitpunkt t22o ergibt. Für tsp22 kann die Zeitdauer variieren, es sollte hier der Minimalwert verwendet werden. Die Zeitdauer t22 ergibt sich aus der Rampenfunktion von dem Beginn des Öffnens aus der anfänglichen Winkelposition ALPHAstart bis zum Erreichen des Endwinkels ALPHAend. Falls sich bereits vor dem Erreichen des Winkels ALPHAend ein ausreichender Luftdruck p28 eingestellt hat, kann die Zeitdauer t22 verkürzt werden. Wird von der Steuerung der BKM die Ansteuerung des Organs 22 variiert, muss die entsprechende Zeitdauer t22 angepasst werden. Ergibt sich für den Zeitpunkt t22o eine negative Zeit, so ist t22o mit tp gleichzusetzen. Nach dem Ablauf der Signalverarbeitungszeit beginnt die Verstellung des Organs 22 zum Zeitpunkt t22R, Figur 4. Des Weiteren sind die Zeiten angeben, zu denen das Einlassventil 37 geöffnet wird (tIV1) und geschlossen wird (tIV2). In 5 ist kurz dargestellt, über welchen Winkelbereich ALPHAIV dabei das Ventil geöffnet ist.
  • Es wird hier gefordert, dass der Motorauslauf nicht geändert wird. Dazu muss ein oder mehrere Einlassventile 37 des nächsten und letzten komprimierenden Zylinders 30 vor dem Öffnen des Organs 22 geschlossen sein.
  • Es ist somit ein Verfahren zur Ansteuerung eines Organs 22 im Luftzufuhrtrakt 29 einer Brennkraftmaschine 19 offenbart, insbesondere einer Drosselklappe, wobei die Brennkraftmaschine 19 eine Antriebswelle 28 hat, die mit einem Zahnkranz 16 gekoppelt ist und die Brennkraftmaschine 19 mindestens einen Zylinder 30 mit mindestens einem Einlassventil 37 aufweist, wobei sich die Brennkraftmaschine 19 im Auslauf befindet und sich dadurch die Drehzahl der Antriebswelle 28 unter Ausbildung von Drehzahlschwankungen 60 senkt, wobei die Brennkraftmaschine 19 mit einer Startvorrichtung 13 gekoppelt ist, die ein Ritzel 10 zum Einspuren in den Zahnkranz 16 aufweist, welches dazu dient, die Antriebswelle 28 der Brennkraftmaschine 19 in Drehung zu versetzen, um ein Starten der Brennkraftmaschine 19 zu ermöglichen, und das Organ 22 in einer zumindest angenäherten Schließposition 61 ist, die in 2 als Strichlinie dargestellt ist, wobei das Organ 22 so angesteuert wird, dass es den Luftzufuhrtrakt 29 öffnet, bevor das Ritzel 10 in den Zahnkranz 16 der Brennkraftmaschine 19 einspurt. Der Zeitpunkt te zum Einspuren des Ritzels 10 in den Zahnkranz 16 wird mittels eines Prognoseverfahrens ermittelt.
  • Zur Ermittlung des Zeitpunktes t22o zu dem eine Signalverarbeitung mit dem Zweck die Verstellung des Organs 22 zu erreichen beginnen soll, wird von der Einspurzeit te eine Signalverarbeitungszeit tSP22 und eine Verstellzeit t22 abgezogen.
  • Im Falle von verschieden großen Signalverarbeitungszeiten tSP22 soll die die kürzeste verwendet werden.
  • Zum Zeitpunkt te des Einspurens ein Einlassventil 37 des zuletzt vor dem Einspuren komprimierenden Zylinders 30 bereits geschlossen ist.
  • Bei der Ausbildung von Drehzahlschwankungen 60 bildet sich mindestens ein relatives Minimum 70 und mindesten eines relatives Maximum 71 aus. Das Organ 22 ist dann geöffnet, wenn das Einlassventil 37 für den Zylinder 30 bereits geschlossen ist.
  • Bei einer Fehlansteuerung des Organs 22 wird eine Charakteristik eines Auslaufs variiert und eine Prognose des Auslaufs beispielsweise in Abhängigkeit des Luftdrucks im Luftzufuhrtrakt 29 oder einer Stellung des Organs 22 angepasst.
  • Für die Berechnung der Einspritzmenge, der Einspritzdauer und des Einspritzwinkels muss die Einspritzung rechtzeitig wieder freigegeben werden. Ist die maximale Verzugszeit vernachlässigbar – das gilt z. B. für eine Verzugszeit von unter 5% Anteil an der Wiederstartzeit – so sollte erst mit dem Erreichen von te die Einspritzung wieder freigegeben werden. D. h., dass das zugehörige Signal injec31 auf 11 gesetzt wird, wenn t > te. Dies ist besonders für die selbstzündenden Dieselmotoren wichtig, bei denen die Luft nach dem Öffnen des Organs 22 zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns bereits Zündbedingungen liefert und einen starken Drehzahlanstieg im Motorauslauf zur Folge haben kann. Durch diesen Drehzahlanstieg wird unter Umständen die Drehzahldifferenz zwischen dem Ritzel 10 und dem Zahnkranz 16 erhöht, was sich ungünstig auf den Einspurvorgang des Ritzels 10 in den Zahnkranz 16 auswirken kann. Die Lebensdauer der Startvorrichtung 13, insbesondere des Ritzels 10, aber auch der Verzahnung des Zahnkranzes 16 kann stark sinken. Ist die maximale Verzugszeit gegenüber der Wiederstartzeit nicht vernachlässigbar, so ergibt sich für den Zeitpunkt tinject, zu dem die Einspritzung wieder eingeschaltet wird, tinject = te – tinjectcalc – tinjectsp. tinjectcalc ist die Zeitdauer, die zur Berechnung benötigt wird, tinjectsp die Zeitdauer, die zur Verarbeitung des Signals erforderlich ist, um mit der Berechnung beginnen zu können.
  • Mit dem Erreichen der Einspurzeit te wird eine Einspritzung 80 wieder eingeschaltet.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines Organs (22) im Luftzufuhrtrakt (29) einer Brennkraftmaschine (19), insbesondere einer Drosselklappe, wobei die Brennkraftmaschine (19) eine Antriebswelle (28) hat, die mit einem Zahnkranz (16) gekoppelt ist und die Brennkraftmaschine (19) mindestens einen Zylinder (30) mit mindestens einem Einlassventil (37) aufweist, wobei sich die Brennkraftmaschine (19) im Auslauf befindet und sich dadurch die Drehzahl der Antriebswelle (28) unter Ausbildung von Drehzahlschwankungen (60) senkt, wobei die Brennkraftmaschine (19) mit einer Startvorrichtung (13) gekoppelt ist, die ein Ritzel (10) zum Einspuren in den Zahnkranz (16) aufweist, welches dazu dient, die Antriebswelle (28) der Brennkraftmaschine (19) in Drehung zu versetzen, um ein Starten der Brennkraftmaschine (19) zu ermöglichen, und das Organ (22) in einer zumindest angenäherten Schließposition (61) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (22) so angesteuert wird, dass es den Luftzufuhrtrakt (29) öffnet, bevor das Ritzel (10) in den Zahnkranz (16) der Brennkraftmaschine (19) einspurt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (te) zum Einspuren des Ritzels (10) in den Zahnkranz (16) mittels eines Prognoseverfahrens (S1) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Zeitpunktes (t22o) zu dem eine Signalverarbeitung mit dem Zweck die Verstellung des Organs (22) zu erreichen beginnen soll, von der Einspurzeit (te) eine Signalverarbeitungszeit (tSP22) und eine Verstellzeit (t22) abgezogen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von verschieden großen Signalverarbeitungszeiten (tSP22) die kürzeste verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zeitpunkt (te) des Einspurens ein Einlassventil (37) des zuletzt vor dem Einspuren komprimierenden Zylinders (30) bereits geschlossen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (22) dann geöffnet ist, wenn das Einlassventil (37) für den Zylinder (30) bereits geschlossen ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Fehlansteuerung des Organs (22) eine Charakteristik eines Auslaufs variiert wird und eine Prognose des Auslaufs beispielsweise in Abhängigkeit des Luftdrucks im Luftzufuhrtrakt (29) oder einer Stellung des Organs (22) angepasst wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen der Einspurzeit (te) eine Einspritzung (80) wieder eingeschaltet wird.
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