DE3117144A1

DE3117144A1 - Anlassvorrichtung fuer einen mehrzylindrigen otto-motor

Info

Publication number: DE3117144A1
Application number: DE19813117144
Authority: DE
Inventors: Ulrich 5900 Siegen Bender
Original assignee: Bender Emil Firma
Current assignee: Bender Emil Firma
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-11-18

Description

Anlaßvorrichtung für einen mehrzylindrigen Otto-Motor
Die Erfindung betrifft eine Anlaßvorrichtung für einen mehrzylindrigen Otto-Motor, dessen Brennräume durch Benzineinspritzung mit Kraftstoff versorgt werden.
Es ist bekannt, Kraftfahrzeugmotoren mit Hilfe von elektrisch betriebenen Zahnkranz-Durchdreh-Anlassern, bei denen Reihenschlußmotoren die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, zu starten. Vor dem Anlaßvorgang wird das Anlasserritzel mit dem Motor-Zahnkranz in Eingriff gebracht. Dies geschieht durch Verschieben der mit dem Antriebsritzel versehenen Anlasser-Ankerwelle mittels eines Elektromagneten. Oft betätigen dieser Elektromagnet oder die Anlasser-Ankerwelle bei ihrer Bewegung einen Schalter, welcher den Anlassermotor einschaltet. Freilaufkupplungen als Uberlastschutz dienen bei den bekannten Anlassern dazu, daß der Anlassermotor nicht mit dem angesprungenen Verbrennungsmotor mitläuft.
Die elektrische Energie, die zum Betreiben des Anlassermotors und des Elektromagneten benötigt wird und zwischen 200 und 400 Ah liegt, wird meist von einem Akkumulator erzeugt. Bei der Auslegung sowohl des Akkumulators als auch des Anlassermotors und des Elektromagneten muß auf die Kaltstartgrenze, die Startdrehzahl und das für den Verbrennungsmotor notwendige Drehmoment geachtet werden.
Um den Motor auch bei niedrigen Temperaturen starten zu können, wird der Anlasser und der Akkumulator überdimensioniert. Das bedeutet, daß beim Autofahren stets ein erhebliches Gewicht transportiert wird, welches nur dazu dient, den Anlaßvorgang auch bei ungünstigen Bedingungen durchführen zu können. Dieses hohe Gewicht des Akkumulators und des Anlassers bedingt ein stabileres Fahrwerk, den Einsatz stärkerer teurer Bremssysteme sowie breitere Reifen und dergleichen mehr. Alle diese Vorrichtungen vergrößern das Gewicht des Kraftfahrzeuges und führen damit auch zu einem hohen Bezinverbrauch.
Weitere Nachteile ergeben sich beim Anlassen des Verbrennungsmotors mit Hilfe eines Anlassers durch die lauten Geräusche, die beim Einrücken des Anlasserritzels in den Motor-Zahnkranz und beim Laufen des Anlassers entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlaßvorrichtung der oben bezeichneten Gattung zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art einen erheblich geringeren Energiebedarf erfordert, ein vielfach geringeres Gewicht besitzt, die Verwendung von Akkumulatoren mit kleiner Ah-Zahl zuläßt und keine störenden Anlaßgeräusche erzeugt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Detektorvorrichtung den jeweiligen Kolbenstand des Motors an einen Mikroprozessor signalisiert, welcher beim Anlassen bewirkt, daß in den Zylinder, dessen Kolben in Arbeitsstellung steht, eine für die Verbrennung notwendige Menge Kraftstoff eingespritzt und gezündet wird, und daß danach jeweils in den Zylinder, dessen Kolben den nächsten Arbeitstakt ausführt, Kraftstoff eingespritzt wird und die Zündung erfolgt, sobald der betreffende Kolben die Arbeitsstellung erreicht hat. Es ist zu erkennen, daß auf diese Art nur Motoren mit vier oder mehr Zylindern angelassen werden können, da sich erst bei diesen Motoren stets ein Kolben in Arbeitsstellung befindet. Bei Motoren mit weniger als vier Zylindern würde deren Anlassen immer von dem Zufall, ob ein Kolben in Arbeitsstellung steht, abhängen.
Zweckmäßig ist, daß die Detektorvorrichtung den jeweiligen Kolbenstand des Motors aufgrund des Kurbelwellenstandes ermittelt, diesen kodiert und als elektrisches Signal auf den Mikroprozessor gibt. Si kann der Kolben stets sicher herausgefunden werden, der für einen folgenden Arbeitstakt am günstigsten steht.
Von Bedeutung ist, daß der Mikroprozessor die Einspritzpumpe und die Zündanlage aufgrund der von der Detektorvorrichtung und einer dem Gaspedal nachgeordneten Kodierschaltung ausgehenden Signale steuert.
Es hat sich bewährt, daß der Mikroprozessor nach dem Anlassen in Verbindung mit der Detektorvorrichtung und der dem Gaspedal nachgeordneten Kodierschaltung die einzuspritzende Benzin menge, den Einspritz- und den Zündzeitpunkt sowie die Einspritzdauer steuert. Diese zentrale Steuerung der für ein Laufen des Motors notwendigen oeripheren Elemente wie Einspritzpumpe und Zündanlage bewirkt, daß der Motor stets mit einem optimalen Wirkungsgrad arbeitet.
Als nachahmenswert wird empfunden, daß beim Unterschreiten einer vorgegebenen Anstellung des Gaspedals die Benzinzufuhr unterbrochen und gegebenenfalls die Zündanlage abgeschaltet wird. Das hat zur Folge, daß der Motor stillgesetzt und beim Abschalten des Motors vor Ampeln oder infolge Stillstands aus anderen Gründen eine große Menge des relativ teuren Benzins eingespart wird.
Daß die Benzinzufuhr unterbrochen und gegebenenfalls die Zündung abgeschaltet ist, muß aber nicht unbedingt bedeuten, daß der Motor vom Getriebe abgekoppelt wird. Der Verbrennungsmotor kann auch ohne Kraftstoffzufuhr gewissermaßen als Motorbremse wirken. Die Nutzung des Verbrennungsmotors als Motorbremse kommt beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges verhältnismäßig häufig vor, so daß auf diese Weise erhebliche Mengen an Benzin eingespart werden können. Dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber den bekannten Motoren, denen auch im Betrieb als Motorbremse noch Benzin zur Verbrennung zugeführt wird.
Weiterhin ist die gewünschte Abbremsung des Kraftfahrzeuges durch den als Motorbremse laufenden, abgeschalteten Verbrennungsmotor größer als die Abbremsung durch einen ebenfalls als Motorbremse laufenden Vergasermotor, da keine das Kraftfahrzeug antreibenden Verbrennungen im Motor stattfinden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen Figur la die Kolbenstellung eines Sechszylinder-Viertakt-Otto-Motors in schematischer Darstellung, Figur ib das zugehörige Arbeitsschema des Sechszylinder-Viertakt-Otto-Motors und Figur 2 ein Blockschaltbild, welches die Steuerung der zum Otto-Motor gehörenden peripheren Elemente zeigt.
Figur la zeigt die sechs Zylinder 1 bis 6 des Otto-Motors mit ihren Kolben 7. An die Kolben 7 sind die Pleuel 8 angelenkt. Die Pleuel 8 verbinden die Kolben 7 mit der Kurbelwelle 9. Der Kolben 7 des Zylinders 1 ist an seiner oberen Totpunktstellung gezeigt.
Figur ib zeigt das Arbeitsschema der Kolben 7 für jeden der Zylinder 1 bis 6. Die Buchstaben a bis d sollen die vier Takte des Motors kennzeichnen, wobei a den Arbeitstakt, b den Auspufftakt, c den Ansaugtakt und d den Verdichtungstakt darstellen soll. Der in das Arbeitsschema eingetragene Kurbelwinkel zeigt die Drehung der Kurbelwelle 9 von einem bestimmten Ausgangspunkt aus. Diesei Ausgangspunkt entspricht dem oberen Totpunkt des Kolbens 7 im Zylinder 1. Die Zahlen oberhalb des Arbeitsschemas, die den Bezugszahlen der Zylinder entsprechen, geben an, bei welchem Kurbelwellenwinkel vom Ausgangspunkt an gemessen die Kolben in den entsprechenden Zylindern mit ihrem Arbeitstakt beginnen.
Figur 2 zeigt die zur Steuerung des Verbrennungsmotors notwendigen Elemente. Die Zentraleinheit dieser Steuervorrichtung bildet der Mikroprozessor. Er besitzt Eingänge, denen die Eingangsgrößen dieses Steuersystems aufgeschaltet werden. Eine der Eingangsgrößen wird von einem Detektor geliefert. Dieser Detektor steht mit der Kurbelwelle 9 in Kontakt und greift an dieser jeden der sechs Kolbenstellungen ab. Diese aufgenommenen Daten werden in dem Detektor kodiert und auf vom Mikroprozessor auswertbare Signale gebracht. Eine weitere Eingangsgröße für den Mikroprozessor bildet die dem Gaspedal nachgeordnete Kodierschaltung. Auch die Kodierschaltung wandelt ihre Eingangssignale, die Gaspedalstellungen entsprechen, in Signale ume die vom Mikroprozessor ausgewertet werden können.
Der Mikroprozessor errechnet aufgrund seines Programms und der ihm aufgeschalteten Eingangsgrößen alle für das optimale und wirkungsvolle Laufen des Verbrennungsmotors notwendige Daten. Einige dieser Daten entsprechen verschlüsselt z.B. dem Einspritzzeitpunkt, der Einspritzmenge, der Einspritzdauer usw. Die Daten bilden die Ausgangsgrößen des Mikroprozessors.
Sie können unter eventueller Zwischenschaltung von nicht dargestellten Wandlern den peripheren Elementen des Verbrennungsmotors, wie z.B. der Einspritzpumpe, der Zündanlage usw. aufgeschaltet werden Eventuoll auftretende mechanische Verzögerungen oder Verzögerungen durch den Zündverzug sind im Programm des Mikroprozessors berücksichtigt, so daß durch die Steuerung der peripheren Elemente des Verbrennungsmotors für einen möglichst günstigen Wirkungsgrad desselben gesorgt wird.
Wird nun angenommen, der Motor stünde in der mit Fig. la gezeichneten Stellung und sollte aus dieser Stellung heraus gestartet werden, so würde dies folgendermaßen vonstatten gehen.
Zunächst wird die in Fig. 2 dargestellte Schaltung eingeschaltet. Dies kann z.B. durch ein Drehen des Zündschlüssels in dem nicht dargestellten Zündschloß geschehen. Im eingeschalteSen Zustand signalisiert der Detektor die Kolbenpositionei jedes einzelnen Kolbens der sechs Zylinder an den Mikroprozessor.
Dieser errechnet, welcher der Kolben am günstigsten für einen ersten Arbeitstakt steht.-Weiterhin wird im Mikroprozessor die Menge des in den entsprechenden Zylinder einzuspritzenden Benzins sowie die Einspritzdauer berechnet.
Da der Kolben 7 des Zylinders 1 in Fig. 1 am oberen Totpunkt steht, kann dieser den ersten Arbeitstakt nicht ausführen.
Es bedarf noch eines kleinen Stoßes, um diesen Kolben aus dem oberen Totpunkt herauszubewegen. Der einzige Kolben der diesen Stoß ausführen kann, ist derjenige des vierten Zylinders. Die vom Mikroprozessor berechneten Daten sowie die Auswahl des entsprechenden Zylinders erlauben ein Anlassen des Verbrennungsmotors.
Das Starten des Motors wird durch die Bewegung des Gaspedals über eine bestimmte Stellung hinaus bewirkt. Nun wird die berechnete Menge Benzin, für die ebenfalls berechnete Zeit in den ausgewählten Zylinder (hier den vierten Zylinder) eingespritzt und gezündet. Während des nun ablaufenden Arbeitstaktes wird derjenige Kolben ausgesucht, der den nächsten Arbeitstakt ausführen kann (hier der Kolben des ersten Zylinders).
Zur gleichen Zeit werden fUr diesen Zylinder ebenfalls Berechnungen wie die Bestimmung des Einspritzzeitpunktes, der Einspritzdauer, des Zündzeitpunktes usw. durchgeführt, so daß den Verhältnissen entsprechend ein optimaler Arbeitstakt ausgeführt werden kann.
Im weiteren werden während jedes Arbeitstaktes die nötigen Berechnungen für den darauffolgenden Arbeitstakt solange durchgeführt, wie der Motor angesprungen ist.
Möglich ist auch, daß der Mikroprozessor nachdem der Motor angesprungen ist, dieser zur weiteren Steuerung desselben herangezogen wird. Der Mikroprozessor führt dann alle oben erwähnten Berechnungen weiterhin durch. Er schaltet dann z.B.
auch die Einspritzpumpe und die Zündanlage ab, sobald ihm von der Kodierschaltung signalisiert wird, daß das Gaspedal eine vorgegebene Anstellung unterschritten hat. Damit eindeutige Schaltzustände herrschen, muß bei dieser vorgegebenen Anstellung das Gaspedal etwas weniger durchgedrückt sein als bei der Stellung, die für das Anlassen des Motors notwendig ist.
Es ist auch denkbar, daß z.B. die Kompression eines jeden Kolbens, die Temperatur der angesaugten Luft, die Temperatur des komprimierten Gemisches, sowie die Belastung des Motors und vieles mehr als weitere Eingangsgrößen auf den Mikroprozessor gegeben werden können. Weitere Ausgangsgrößen können die Menge der angesaugten Luft durch elektrische Ventile anstelle von mechanischen Ventilen oder durch Drosselklappen steuern. Weiterhin können z.B. die Wärme der angesaugten Luft sowie die Kühlung des Motorblocks und vieles mehr mit Hilfe des Mikroprozessors gesteuert werden.
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Claims

Patentansprüche Anlaßvorrichtung für mehrzylindrigen Otto-Motor, dessen Brennräume durch Benzineinspritzung mit Kraftstoff versorgt werden, dadurch gekennzeichnet daß eine Detektokvorrichtung den jeweiligen Kolbenstand des Motors an einen Mikroprozessor signalisiert, welcher beim Anlassen bewirkt, daß in den Zylinder, dessen Kolben in Arbeitsstellung steht, eine für die Verbrennung notwendige Menge Kraftstoff eingespritzt und gezündet wird, und daß danach jeweils in den Zylinder, dessen Kolben den nächsten Arbeitstakt ausführt, Kraftstoff eingespritzt wird und die Zündung erfolgt, sobald der betreffende Kolben die Arbeitsstellung erreicht hat.
2. Anlaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung den jeweiligen Kolbenstand des Motors aufgrund des Kurbelwellenstandes ermittelt, diesen kodiert und als elektrisches Signal auf den Mikroprozessor gibt.
3. Anlaßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor die Einspritzpumpe und die Zündanlage aufgrund der von der Detektorvorrichtung und einer dem Gaspedal nachgeordneten Kodierschaltung ausgehenden Signale steuert.
4. Anlaßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor nach dem Anlaßvorgang in Verbindung mit der Detektorvorrichtung und der dem Gaspedal nachgeordneten Kodierschaltung die einzuspritzende Benzinmenge, den Einspritz- und den Zündzeitpunkt sowie die Einspritzdauer steuert.
5. Anlaßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Unterschreiten einer vorgegebenen Anstellung des Gaspedals die Benzinzufuhr unterbrochen und gegebenenfalls die Zündanlage abgeschaltet wird.