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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Ventilen
einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung
eines solchen Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm.
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Während
des Starts von Ottomotoren wird üblicherweise eine Start-
und Nachstartanreicherung vorgenommen, um auch bei einer Bildung
eines Wandfilms im Brennraum und im Ansaugraum eine ausreichende
Menge Kraftstoff für eine Verbrennung bereitzustellen.
Die Folge einer solchen Startanreichung ist jedoch, dass der Kraftstoffverbrauch
steigt und eine deutlich erhöhte Emission an unverbrannten
Kohlenwasserstoffen während des Starts feststellbar ist.
Dieses Problem ist insbesondere bei Temperaturen der Brennkraftmaschine
von weniger als 20°C ausgeprägt, da durch den
nur unzureichend verdampfenden Kraftstoff die Wandfilmbildung verstärkt
wird. Da das Abgasnachbehandlungssystem zu diesem Zeitpunkt des
Startvorgangs noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat,
gelangen unverbrannte Kohlenwasserstoffe in die Umgebung. Dies ist
unerwünscht, da Abgasnormen eine geringe Kohlenwasserstoffemission
fordern.
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Aus
dem Stand der Technik ist es zur Reduzierung der Emissionsmenge
von Kohlenwasserstoffen bekannt, eine variable Ventilsteuerung einzusetzen,
wie sie in der
DE
10 2004 020 687 A1 offenbart ist. In diesem Dokument werden
verschieden Moden beschrieben, mit denen ein variabler Ventilsteuermechanismus
angesteuert wird, um die Kohlenwasserstoffemissionen zu reduzieren.
Beispielsweise ist vorgeschlagen, ei ne Ventilüberlappungs-Einstellsteuerung
so zu verändern, dass die Kohlenwasserstoffemissionen reduziert
werden.
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Nachteilig
am Stand der Technik ist, dass die bisher vorgeschlagenen Lösungen
nur eine unzureichende Reduzierung der Kohlenwasserstoffemissionen
im Abgas während des Startvorgangs ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren und Vorrichtungen zu verbessern, wobei insbesondere eine
weitergehende Reduzierung der Kohlenwasserstoffemissionen während
des Startvorgangs erreicht werden soll. Weiterhin ist es eine Aufgabe
der Erfindung, den Kraftstoffverbrauch während des Startvorgangs
einer Brennkraftmaschine zu reduzieren.
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Dieses
Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung von
Ventilen einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass
während eines Startvorgangs ein Auslassventil eines Brennraums
der Brennkraftmaschine während eines vollständigen
Arbeitsspiels geschlossen bleibt. Vorzugsweise werden während
des Startvorgangs alle Auslassventile eines Brennraums oder alle
Auslassventile von allen Brennräumen der Brennkraftmaschine geschlossen.
Durch das Schließen des Auslassventils oder der Auslassventile
wird erreicht, dass unnötige Gaswechsel, bei denen Kohlenwasserstoffe
und andere unerwünschte Emission an die Umgebung gelangen,
vermieden werden. Die Erfindung sieht also eine Gaswechselventilabschaltung
während des Startvorgangs bis zu einem bestimmten Zeitpunkt vor.
Ein Arbeitsspiel bedeutet hierin bei einer Brennkraftmaschine mit
einer Kurbelwelle und einem Viertaktverfahren eine Drehung der Kurbelwelle
um 720°, wobei zwischen 0° und 180° im
ersten Takt ein Ausschieben eines verbrannten Gemisches erfolgt,
zwischen 180° und 360° im zweiten Takt ein Ansaugen erfolgt,
zwischen 360° und 540° im dritten Takt eine Verdichtung
erfolgt und zwischen 540° und 720° die Expansion
des verbrannten Gemisches (im Fall eines normalen, befeuerten Betriebs)
erfolgt. Die Grad-Angaben sind circa-Werte, die in der Praxis von den
angegebenen Werten abweichen können. Im Rahmen der Erfindung
ist nun vorgesehen, dass keine Ausschiebung während des
Startvorgangs stattfindet. Die Erfindung ist besonders geeignet
für Ottomotoren mit einem variablen Ventiltrieb und einer Benzin-Direkteinspritzung.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.
Die Erfindung ist besonders geeignet, falls die Brennkraftmaschine über
einen vollvariablen Ventiltrieb, bei dem die Öffnungszeitpunkte
von Ein- und Auslass-Ventilen frei gewählt werden können.
Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar, falls lediglich ein Ventiltrieb
vorhanden ist, der lediglich eine einfache Abschaltung der Auslassventile
oder Einlassventile ermöglicht.
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Vorzugsweise
bleibt das Auslassventil während des Startvorgangs mindestens
so lange geschlossen, bis eine erste Verbrennung in dem Brennraum
stattgefunden hat. Der Vorteil ist, dass vor der ersten Verbrennung
keine Emissionen an die Umwelt gelangen. Wiederum werden mit dem
Auslassventil ein Auslassventil, alle Auslassventile eines Brennraums
oder alle Auslassventile aller Brennräume der Brennkraftmaschine
bezeichnet. Dabei werden die Auslassventile eines Brennraumes jeweils
solange geschlossen gehalten, bis in diesem Brennraum eine erste
Verbrennung stattgefunden hat. Dabei bedeutet, dass „das
Auslassventil mindestens so lange geschlossen bleibt, bis eine erste
Verbrennung in dem Brennraum stattgefunden hat", vorzugsweise, dass mit
dem Öffnen des Auslassventils bei dem Arbeitsspiel begonnen
wird, in dem die Verbrennung stattfindet und dass das Auslassventil
in den davor liegenden Arbeitsspielen geschlossen bleibt.
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Vorteilhafterweise
bleibt während des Startvorgangs ein Auslassventil des
Brennraums während eines vollständigen Arbeitsspiels
geschlossen. Wiederum bedeutet ein Einlassventil vorzugsweise ein Einlassventil,
alle Einlassventile eines Brennraumes oder alle Einlassventile aller
Brennräume. Durch das Geschlossenhalten des Einlassventils
oder der Einlassventile wird erreicht, dass der Gaswechsel vollständig
unterbunden wird. Vorteilhafterweise bleibt das Einlassventil von
Beginn des Startvorgangs an geschlossen. Dabei kann, gegebenenfalls
unter Berücksichtigung der Temperatur der Brennkraftmaschine
und der Gasgleichung, ermittelt werden, welches Luftvolumen in dem
jeweiligen Brennraum vorhanden ist.
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Vorzugsweise
wird das Einlassventil frühestens während des
Arbeitsspiels der ersten Verbrennung geöffnet. Das heißt,
dass das Einlassventil während des Ansaugtaktes, der vor
der ersten geplanten Verbrennung liegt, geöffnet wird.
Dies bietet den Vorteil, dass erst dann mit der Gemischbildung begonnen
wird, wenn eine erste Verbrennung unmittelbar bevorsteht.
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Vorteilhafterweise
bleibt das Einlassventil während des Startvorgangs mindestens
so lange geschlossen, bis eine erste Verbrennung in dem Brennraum
stattgefunden hat. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn aus
einem letzten Auslauf der Brennkraftmaschine Informationen über
die Stillstandsposition der Brennkraftmaschine bekannt sind, so
dass aus diesen Informationen und gegebenenfalls der Temperatur
der Brennkraftmaschine und der Gasgleichung auf die in dem Brennraum
eingeschlossene Luftmenge geschlossen werden kann. Auf diese Weise
wird ein Gaswechsel vor einer Verbrennung vollständig unterbunden,
so dass die Emission von Kohlenwasserstoffen stark reduziert wird.
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Bei
einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird ein Einlassventil
des Brennraums während des vollständigen Arbeitsspiels,
während dem das Auslassventil geschlossen bleibt, bei einem
Ansaugtakt und zusätzlich bei einem Ausschiebetakt zumindest zeitweise
geöffnet. Dies bedeutet, dass das Einlassventil nicht nur
während des Ansaugtaktes sondern während desselben
Arbeitsspieles auch während des Ausschiebetaktes geöffnet
ist. Auf diese Weise wird Luft aus dem Ansaugtrakt angesaugt und
wieder in den Ansaugtrakt zurückgefördert, so
dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe nicht an die Umgebung
gelangen, sondern für eine spätere Verbrennung
zur Verfügung stehen. Wiederum wird das Öffnen
des Einlassventils während eines Ausschiebetaktes beendet,
wenn eine erste Verbrennung in dem jeweiligen Brennraum stattgefunden
hat. Nach der ersten Verbrennung ist vorzugsweise allgemein vorgesehen,
dass mit einem normalen Betrieb der Ventilsteuerung fortgefahren
wird. Allgemein sind mit einem Einlassventil ein Einlassventil,
alle Einlassventile eines Brennraums oder alle Einlassventile aller Brennräume
gemeint.
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Ein
weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist eine
Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät für
eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, gegebenenfalls mit einem oder mehreren der genannten
bevorzugten Merkmale eingerichtet ist.
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Außerdem
ist ein unabhängiger Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm
mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt
wird, gegebenenfalls unter Einbezug der genannten vorteilhaften
oder bevorzugten Merkmale.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
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1 ein
Diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein
Diagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 ein
Diagramm eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 ein
Diagramm eines vierten erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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5 ein
Diagramm, das einen Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine über
die Zeit während der Ausführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren
zeigt.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren schematisch
in einem Diagramm. Sowohl das in dieser 1 dargestellte
Verfahren als auch die in den 2 bis 4 dargestellten
Verfahren werden an einem Ottomotor als Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung
und variabler Ventilsteuerung ausgeführt.
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Das
Verfahren der 1 startet in einem Schritt 1 auf
eine Startanforderung hin. In einem Schritt 2 wird mit
dem Anschleppen der Brennkraftmaschine, in diesem Fall der Ottomotor,
begonnen, wobei ein Anlasser die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
antreibt, wie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Dabei bleiben zunächst alle Ventile (Einlassventile und
Auslassventile) aller Brennräume der Brennkraftmaschi ne
geschlossen. Im Folgenden wird das Verfahren für die Ventile
lediglich eines Brennraums verfolgt, wobei die Ventile der anderen
Brennräume analog angesteuert werden. Im nachfolgenden
Schritt 3 wird abgewartet, bis die Drehzahl der Kurbelwelle
ausreichend hoch ist, um eine erste Verbrennung im nächsten
Arbeitsspiel vorzunehmen. Dieser Schritt kann je nach Steuerung der
Brennkraftmaschine auch anders gestaltet sein, wobei im Schritt 3 entscheidend
ist, dass dieser Schritt nur dann verlassen wird, wenn im nächsten Arbeitsspiel
eine Verbrennung geplant ist. Im Schritt 4 werden zur Vorbereitung
der Verbrennung in dem Brennraum die Einlassventile geöffnet,
um Luft aus dem Ansaugtrakt anzusaugen. Außerdem wird,
wie aus dem Stand der Technik bekannt, Kraftstoff eingespritzt und
anschließend eine Verdichtung des Gemisches vorgenommen,
bis im Schritt 5 die Zündung des Gemisches erfolgt.
Daraufhin werden im Ausschiebetakt auch die Auslassventile erstmalig
geöffnet. In einem nachfolgenden Schritt 7 endet
das Verfahren, wobei dies lediglich bedeutet, dass nachfolgend die
Steuerung der Ventile auf herkömmliche Weise erfolgt.
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In
der 2 ist eine leicht variierte Variante des in der 1 dargestellten
Verfahrens gezeigt, wobei die Schritte 11, 12, 13, 15, 16 und 17 den Schritten 1, 2, 3, 5, 6 und 7 des
Verfahrens der 1 entsprechen. Der Schritt 14 unterscheidet
sich von dem Schritt 4 dadurch, dass die Einlassventile
geschlossen bleiben und stattdessen aus gespeicherten Informationen
die bereits im Brennraum vorhandene Luft berechnet wird. Dabei werden
Informationen verwendet, die bei dem letzten Auslauf der Brennkraftmaschine
gespeichert wurden und damit einen Rückschluss auf die
Stellung des Kolbens in dem Brennraum während des vergangenen
Stillstands zulassen, so dass eine Berechnung der Luftmenge in dem
Brennraum möglich ist. Die eingespritzte Kraftstoffmenge
wird entsprechend dieser errechneten Luftmenge zugeteilt. Das in
der 2 dargestellte Verfahren setzt voraus, dass Informationen über
die Lage des Kolbens in dem Brennraum vor dem Anschleppen vorhanden
sind.
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In
der 3 ist eine weiteres erfindungsgemäßes
Verfahren gezeigt, das mit einem Schritt 21 startet. Wiederum
wird nachfolgend in einem Schritt 22 mit dem Anschleppen
der Brennkraftmaschine auf eine Startanforderung hin begonnen. Dabei
bleiben die Auslassventile während der Arbeitsspiele zu
und die Einlassventile werden normal angesteuert, das heißt
während des Ansaugtaktes werden die Einlassventile geöffnet.
Nachfolgend wird in einem Schritt 23 die erste Verbrennung
abgewartet. Bis hierhin bleiben die Auslassventile geschlossen und
die Einlassventile werden normal, wie oben beschrieben, angesteuert.
Nach der ersten Verbrennung im Schritt 23 werden nachfolgend
im Schritt 24 auch die Auslassventile auf eine normale
Ansteuerung umgestellt, das heißt nach dem auf die Verbrennung
folgenden Expansionstakt werden während des Ausschiebetaktes die
Auslassventile wie im Normalbetrieb geöffnet. Das Verfahren
endet in einem Schritt 25, wobei hierin mit Ende des Verfahrens
wiederum lediglich das erfindungsgemäße Verfahren
bezeichnet wird, das heißt nachfolgend werden die Ventile
wie aus dem Stand der Technik bekannt angesteuert.
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Die 4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei das in
der 4 schematisch dargestellte Verfahren dem in der 3 schematisch
dargestellten Verfahren ähnlich ist. Das Verfahren startet
wiederum in einem Schritt 31. Nachfolgend wird in einem
Schritt 32 mit dem Anschleppen der Brennkraftmaschine begonnen,
wobei folgende Ventilansteuerung verwendet wird: Die Auslassventile
bleiben geschlossen und die Einlassventile öffnen sich
sowohl während der Ansaugtakte als auch während
der Ausschiebetakte des jeweiligen Brennraums. Wiederum wird diese
Betriebsweise beibehalten, bis eine erste Verbrennung stattgefunden
hat, Schritt 33. Anschließend wird in einem Schritt 34 auf einen
normalen Betriebsmodus umgeschaltet, wobei die Auslassventile für
den nachfolgenden Ausschiebetakt geöffnet werden. Ebenso
arbeiten nun die Einlassventile wieder wie aus dem Stand der Technik
bekannt, das heißt sie bleiben während des Ausschiebetaktes
geschlossen und werden nur zum Ansaugen geöffnet. Das Verfahren
endet in einem Schritt 35, woraufhin die Brennkraftmaschine
mit dem normalen Betrieb fortfährt.
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In
der 5 ist schematisch der Drehzahlverlauf während
eines Startvorgangs gezeigt. Dabei ist die Drehzahl der Kurbelwelle
der gestarteten Brennkraftmaschine auf der vertikalen Achse des
Diagramms angezeichnet und die Zeit ist auf der horizontalen Achse
angezeichnet. Das Diagramm ist an dem Sonderfall eines Ottomotors
mit lediglich einem Brennraum aufgenommen, wobei der Drehzahlabfall vor
dem Erreichen des oberen Totpunktes klar zu erkennen ist. Die jeweiligen
oberen Totpunkte sind mit Strichen gekennzeichnet, die mit den Bezugszeichen 41 bis 46 gekennzeichnet
sind. Dabei läuft ein Arbeitsspiel über jeweils
zwei obere Totpunkte 41 bis 46. Die Verfahren
der 2, 3 und 4 haben dabei
gemeinsam, dass erst bei dem oberen Totpunkt 46 nach der
ersten Verbrennung, die an dem Drehzahlanstieg vor dem oberen Totpunkt 46 zu
erkennen ist, auf einen normalen Betrieb der Ventilsteuerung umgeschaltet
wird. Von Beginn des Anschleppens bei einer Zeit von etwa 0 Sekunden
bis zu dem oberen Totpunkte 46 wird dabei eine erfindungsgemäße
Ventilansteuerung verwendet, die nicht der üblichen Ansteuerung
entspricht. Bei der in der 1 dargestellten
Ausführungsform wird hingegen bereits nach dem oberen Totpunkt 44 auf
einen Gaswechselbetrieb, das heißt auf ein normales Ansteuerverhalten
für die Ventile umgeschaltet, so dass die erste Verbrennung
zwischen dem oberen Totpunkt 45 und dem oberen Totpunkt 46 bereits
bei normalem Betrieb der Ventile erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004020687
A1 [0003]