DE19732741A1 - Startverfahren für einen Zweitakt-Ottomotor mit einer impulsbetätigten Hochdruckförderpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Startverfahren für einen Zweitakt-Ottomotor mit einer über mindestens eine impulsluft­ betätigte Förderpumpe versorgte Hochdruckdirekteinspritzung, mit mindestens jeweils einem Sensor zur Ermittlung der Dros­ selklappenstellung, der Ansauglufttemperatur, der Motordreh­ zahl und der Motortemperatur und mit einem die Sensorinforma­ tionen verarbeitenden und mindestens ein Einspritzventil steu­ ernden elektronischen Steuergerät

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 196 31 286.8 ist eine Kraftstoffpumpvorrichtung für eine nach dem Zweitaktprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Kraftstoff­ pumpvorrichtung, die Teil eines Hochdruckeinspritzsystems ist, ist mit ihren Membrankolbenpumpen nachfolgend in Fig. 2 dar­ gestellt. Die Membrankolbenpumpen bereiten in Kombination mit dem Hochdruckeinspritzsystem beim Anlassen bzw. Wiederanlassen von betriebswarmen oder heißen Zweitaktern Probleme beim Star­ ten. Gasblasen aus verdampftem Kraftstoff, die sich in den Membrankolbenpumpen sammeln, verzögern die Kraftstoffeinsprit­ zung und damit den Startvorgang.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Startverfahren kann für Zweitakt-Otto­ motoren verwendet werden, die mit mindestens jeweils einem Sensor zur Ermittlung der Drosselklappenstellung, der Ansaug­ lufttemperatur, der Motordrehzahl und der Motortemperatur und mit einem die Sensorinformationen verarbeitenden und minde­ stens ein Einspritzventil steuernden elektronischen Steuer­ gerät ausgestattet sind. Mit Hilfe dieser Sensoren wird der Startvorgang überwacht.

Beim Startvorgang wird nach dem Einschalten der Zündung und einer positiven Starterkennung eine Spülung des Kraftstoff­ systems über eine vorgegebene Anzahl von Motorumdrehungen bei geöffnetem Einspritzventil vorgenommen. Danach wird die Motor­ temperatur mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen und für den Fall, daß die Motortemperatur größer ist als der Schwellwert, der Spülvorgang um einige weitere Motorumdre­ hungen verlängert. Anschließend wird zum Kraftstoffdruckaufbau im Einspritzsystem das Einspritzventil über mehrere weitere Motorumdrehungen gesperrt. Nach dem Öffnen des Einspritzven­ tils für eine Einspritzdauer wird die Motoristbeschleunigung mit einer Motorsollbeschleunigung und die Motordrehzahl mit einer um eine Schwellwertdrehzahl verminderte Leerlaufdrehzahl verglichen, wobei die Einspritzdauer für den Fall, daß die Mo­ toristbeschleunigung kleiner ist als die Motorsollbeschleuni­ gung und die Motordrehzahl kleiner ist als die um die Schwell­ wertdrehzahl verminderte Leerlaufdrehzahl von Zyklus zu Zyklus um eine vorgegebene Zeitspanne erhöht.

Bei dieser Startstrategie wird in den einzelnen Phasen mit den vorhandenen Sensoren jeweils der momentane Betriebszustand er­ faßt und entsprechend der Spülvorgang zeitlich festgelegt und die Einspritzdauer pro Startphase geregelt. Auf diese Weise wird der Startvorgang speziell bei einer heißen Verbrennungs­ kraftmaschine zeitlich verkürzt. Das schont entweder die Star­ terbatterie oder die Muskelkraft der den Hand- oder Fußstarter bedienenden Person.

Zeichnungen

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den hier nicht zitierten Unteransprüchen und den Figurenbeschreibungen.

Fig. 1 Zweitakt-Kleinmotor mit direkter Benzineinspritzung;

Fig. 2 Kraftstoffeinspritzsystem für die Hochdruck- Direkteinspritzung

Fig. 3 Ablaufplan für den Motorstartvorgang.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Zweitakt-Kleinmotor mit einem Kraftstoff­ zuführsystem und einer Reihe von Sensoren, die u. a. für die Motorsteuerung und -regelung wünschenswert sind.

Der Zweitakter (1) hat an einem Saugrohr (4) zwei Senso­ ren (12) und (13) . Der Sensor (12) ist ein Potentiometer, das auf der Welle der Drosselklappe (5) sitzt und die Drosselklap­ penstellung erfaßt. Vor der Drosselklappe (5) ist der Ansaug­ lufttemperaturfühler (13) angeordnet. Am Kurbelgehäuse (2) sitzt ein Drehzahlsensor (14) und räumlich über diesem ist an der Zylinderwandung (3) ein Motortemperaturfühler (15) be­ festigt. Alle Sensoren (12-15) sind an einer Steuerung (11) angeschlossen.

In den Zylinderkopf (17) ist eine Zündkerze (6) und ein Ein­ spritzventil (8) eingeschraubt. Die Zündkerze (6) ist u. a. über eine Zündspule (7) an der Steuerung (11) angeschlossen. Das ebenfalls an der Steuerung angeschlossene Einspritzven­ til (8) wird aus einem Kraftstofftank (9) über einen Filter (10) und zwei hintereinandergeschaltete Membrankolbenpum­ pen (90) und (20) mit Kraftstoff versorgt. Die Membrankolben­ pumpen stehen über eine Impulsluftleitung (16) mit dem Kurbel­ gehäuse (2) pneumatisch in Verbindung.

Die zwischen dem Kraftstofftank (9) und dem Einspritzventil (8) angeordneten Membrankolbenpumpen (90) und (20) sind in Fig. 2 in Form eines Funktionsschemas dargestellt. Die aus beiden hintereinander geschalteten Pumpen gebildete Vorrichtung kann einen Einspritzdruck von ca. 20.10⁵ Pa erzeugen. Die erste Pumpe ist als Vorförderpumpe (90) zwischen dem Filter (10) und einer zweiten sog. Hochdruckpumpe (20) angeordnet. Die Vorförderpumpe (90) ist eine Doppelmembranpumpe mit einer impulsluftbeaufschlagten Membrane (91) und einer kraftstoffbeaufschlagten Membrane (92). Beide Membranen (91, 92) stehen über eine Koppelstange (93) in Kontakt und stützen sich jeweils mit ihrer äußeren Seite über Federelemente (94, 95) gegen das Pumpengehäuse ab. Der Raum zwischen den beiden Membranen (91, 92) ist mit Umgebungsluft belüftet. Vor der kraft­ stoffbeaufschlagten Seite der Membrane (92) sind jeweils ein Saug- (96) und ein Druckventil (97) angeordnet.

Die zweite Membrankolbenpumpe (20) saugt über ein Saugven­ til (61) den von der Vorförderpumpe (90) gelieferten Kraftstoff an. Der angesaugte Kraftstoff gelangt in eine Verdichtungskammer (51), in die ein Pumpenkolben (22) eintaucht. Der dort verdrängte Kraftstoff strömt über ein Druckventil (71) in einen Kraftstoffdruckspeicher (73) und zu einem beispielsweise elektrisch gesteuerten Einspritzven­ til (8) . Auf der Druckseite entweicht ggf. ein Teil des Kraft­ stoffs über ein Druckbegrenzungsventil (80) z. B. in den Kraft­ stofftank (9)
Der Pumpenkolben (22) ragt mit seinem hinteren Ende in den Raum (23) des Pumpengehäuses, der pneumatisch über die Impulsluftleitung (16) an das Kurbelgehäuse (2) der nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine (1) angeschlossen ist. In diesem Impulsluftraum (23) wird der Pumpenkolben (22) über ein Federelement (25) gegen eine mit einem Membranteller (42) verstärkte Membrane (41) gedrückt. Auf der Rückseite der Membrane (41) liegt ein Umge­ bungsluftraum (33), in dem ebenfalls ein Federelement (35) an­ geordnet ist. Dieses Federelement (35) wirkt dem anderen Fe­ derelement (25) entgegen. Beide vorgespannten Federele­ mente (25, 35) halten die Membrane (41) in einer Mittellage, sofern beiderseits der Membrane (41) der gleiche Luftdruck an­ liegt.

Strömt die Impulsluft mit Überdruck in den Impulsdruck­ raum (23) bewegt sich nach der Darstellung in Fig. 2 die Mem­ brane (41) nach unten, wobei das Federelement (25) den Pumpen­ kolben (22) der Membrane (41) nachführt und das Federele­ ment (35) weiter gespannt wird. Die Membrankolbenpumpe (20) saugt über ein Saugventil (61) Kraftstoff in die Verdichtungs­ kammer (51). Sobald der Überdruck abfällt schiebt das sich teilweise entspannende Federelement (35) den Pumpenkolben (22) in die Verdichtungskammer (51) hinein. Der Kraftstoff strömt über das Druckventil (71) zum Einspritzventil (8) und/oder zum Kraftstoffdruckspeicher (73). Der Verdichtungshub geht über die Mittellage der Membrane (41) hinaus, da sich gegen Hubende der nun im Kurbelwellengehäuse vorherrschende Unterdruck auf die Membrane (41) auswirkt. Die Membrane (41) wird nach oben gesaugt.

Mit dem Ansteigen des Impulsluftdrucks wiederholt sich die Pumpbewegung des Pumpenkolbens (22).

Die Membrankolbenpumpen (20, 90) reagieren aufgrund ihres prinzipbedingten schädlichen Raumes auf Gasblasen im geförder­ ten Kraftstoff. Die Gasblasen entstehen beispielsweise nach dem Abschalten des heißen Zweitakters (1). Durch die Motor­ abwärme verdampft ein Teil des sich in dem Kraftstoffsystem befindenden Kraftstoffes. Bei einem Heißstart behindern die Gasblasen die Förderwirkung der Membrankolbenpumpen, insbeson­ dere der Hochdruckpumpe (20). In der Folge wird zu wenig und/oder ungleichförmig Kraftstoff eingespritzt, so daß der Zweitakter (1) "schüttelnd" bzw. unrund läuft und ggf. auch mehrfach hintereinander abschaltet.

Um das zu verhindern wird der Zweitakter (1) mit einer spezi­ ellen Strategie gestartet. Sie ist in Fig. 3 in einem Ablauf­ plan vorgestellt. Die Strategie kommt ohne konstruktive Ände­ rungen am Kraftstoffsystem und am Motor aus.

Nach dem Einschalten der Zündung wird von der Steuerung (11) eine Starterkennung veranlaßt. Dazu wird die Motordrehzahl über den Sensor (14) erfaßt. Steht der Motor (1) zu diesem Zeitpunkt, wird die Kurbelwelle - beispielsweise mit Hilfe ei­ nes Anlassers - über eine vorgegebene Anzahl von m₁ Motorum­ drehungen gedreht und so das Kraftstoffsystem gespült. Bei diesem Vorgang werden die Luft- und Dampfblasen verdrängt, die nach dem Abstellen im Kraftstoffsystem, vorzugsweise in der Leitung zum Einspritzventil (8), im Hochdruckspeicher (73) und in der Hochdruckpumpe (20) auftreten können. Die Spülung des Kraftstoffsystems erfolgt über die direkt mit dem Tank (9) verbundene Vorförderpumpe (90). Hierbei ist das Einspritzven­ til (8) geöffnet. Seine Ansteuerung liegt im Motortaktbereich "Überströmen öffnen" und "Auslaß schließen". In dieser Phase tritt im Brennraum kein Gegendruck auf, wodurch praktisch eine nahezu drucklose Spülung des Kraftstoffsystems gewährleistet ist.

Nach den m₁ Motorumdrehungen wird die an der Zylinderwan­ dung (3) mit dem Motortemperaturfühler (15) gemessene Tempera­ tur T_M mit einem vorgegebenen Temperaturschwellwert T_S vergli­ chen. Bei einer positiven Differenz - sie bedeutet einen Heiß­ start - werden weitere Spülvorgänge über m₂ Motorumdrehungen durchgeführt. Die Anzahl der Motorumdrehungen ist beispiels­ weise proportional abhängig von der Höhe der Temperaturdiffe­ renz T_M-T_S. Auch hier ist während des Spülens das Einspritz­ ventil (8) geöffnet.

Im nächsten Schritt bleibt das Einspritzventil (8) über m₃ Mo­ torumdrehungen geschlossen. Während diesen Umdrehungen wird der für den Motorbetrieb erforderliche Kraftstoffdruck aufge­ baut. Die Anzahl der Motorumdrehungen ist in diesem Fall bei­ spielsweise eine Konstante, die auf Erfahrungswerten basiert. Alternativ kann sie auch eine Funktion von diversen Betriebs­ parametern sein.

Nach dem erforderlichen Druckaufbau werden die Einspritz­ impulse bzw. die Einspritzdauer t_i entsprechend dem t_i-Kennfeld ausgewählt. Grundlegende Parameter für die Einspritzdauer sind der mit dem Sensor (12) erfaßte Drosselklappenwinkel α und die Motordrehzahl n_m. Als Korrekturgrößen dienen beispielsweise die Ansauglufttemperatur T_A und die Motortemperatur T_M.

Zugleich wird aus der Interpretation des Motorhochlaufs darauf geschlossen, ob die über die Einspritzdauer t_i und den Spei­ cherdruck bestimmte Einspritzmenge einem vorgegebenen Sollwert entspricht. Solange die Motoristbeschleunigung (δn/δt)_{n, ist} nicht einer Motorsollbeschleunigung (δn/δt)_{n, soll} entspricht und zusätzlich die Motordrehzahl n_M unter der Leerlaufdrehzahl n_L abzüglich eines Drehzahlschwellwerts n_S liegt, hat der Spei­ cherdruck noch nicht den vom Druckbegrenzungsventil (80) ein­ gestellten Wert erreicht. Zur Kompensation wird deshalb die Einspritzdauer t_i von Zyklus zu Zyklus um den Wert Δt_is erhöht, bis die Motorsollbeschleunigung (δn/δt)_{n, soll} und die Leerlauf­ drehzahl n_L abzüglich eines Drehzahlschwellwerts n_S erreicht sind.

Von nun ab erfolgt die Steuerung über das t_i-Kennfeld.

Claims (3)

1. Startverfahren für einen Zweitakt-Ottomotor mit einer über mindestens eine impulsluftbetätigte Förderpumpe versorgte Hochdruckdirekteinspritzung, mit mindestens jeweils einem Sen­ sor zur Ermittlung der Drosselklappenstellung, der Ansaugluft­ temperatur, der Motordrehzahl und der Motortemperatur und mit einem die Sensorinformationen verarbeitenden und mindestens ein Einspritzventil steuernden elektronischen Steuergerät, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß nach dem Einschalten der Zündung und einer positiven Starterkennung (n_M=0) eine Spülung des Kraftstoffsystems über eine vorgegebene Anzahl von m_i Motorumdrehungen bei ge­ öffnetem Einspritzventil (8) erfolgt,
• - daß die Motortemperatur T_M mit einem vorgegebenen Schwell­ wert T_S verglichen wird und für den Fall, daß die Motortem­ peratur T_M größer als der Schwellwert T_S ist, der Spülvorgang um m₂ Motorumdrehungen verlängert wird,
• - daß zum Kraftstoffdruckaufbau im Einspritzsystem das Ein­ spritzventil (8) über weitere m₃ Umdrehungen gesperrt ist,
• - daß nach dem Öffnen des Einspritzventils (8) mit einer Ein­ spritzdauer t_i die Motoristbeschleunigung (δn/δt)_{n, ist} mit der Motorsollbeschleunigung (δn/δt)_{n, soll} und die Motordrehzahl n_m mit einer um eine Schwellwertdrehzahl n_S verminderte Leer­ laufdrehzahl n_L verglichen werden, wobei die Einspritz­ dauer t_i für den Fall, daß die Motoristbeschleunigung (δn/δt)_{n, ist} kleiner ist als die Motorsollbeschleunigung (δn/δt)_{n, soll} und die Motordrehzahl n_M kleiner ist als die um die Schwellwertdrehzahl n_S verminderte Leerlaufdrehzahl n_L von Zyklus zu Zyklus um eine Zeitspanne t_is erhöht wird.

2. Startverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die m₂ Motorumdrehungen des ersten Spülvorganges des Kraftstoffsystems eine Funktion der Motortemperatur T_M sind.

3. Startverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsollbeschleunigung (δn/δt)_{n, soll} eine Funktion der Motortemperatur T_M und der Ansauglufttemperatur T_A ist.