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Dokumentenidentifikation DE10335016A1 24.02.2005
Titel Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Ahner, Peter, 71032 Böblingen, DE;
Ackermann, Manfred, 71570 Oppenweiler, DE
DE-Anmeldedatum 31.07.2003
DE-Aktenzeichen 10335016
Offenlegungstag 24.02.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2005
IPC-Hauptklasse F02N 17/00
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Stellung mindestens eines Kolbens in einem Zylinder sowie eine Motortemperatur ermittelt wird, und bei einer Motortemperatur in einem vorgegebenen Intervall und einer vorgegebenen Lage eines Kolbens in einer Arbeitsphase in den Zylinder Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch aus Kraftstoff und im Zylinder befindlichen Gas gezündet wird zum Durchführen eines Direktstarts und wobei zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt überprüft wird, ob eine Drehzahl beim Direktstart einen definierten Grenzwert unterschreitet und in diesem Fall ein Starthilfesystem aktiviert wird, bis die Drehzahl eine weitere Drehzahlschwelle überschreitet, und wobei in dem Fall, dass die Motortemperatur und/oder die Lage des Kolbens nicht in dem vorgegebenen Intervall liegt, das Starthilfesystem vor dem Start der Brennkraftmaschine aktiviert wird bis die Vorzugslage eine Kolbens im Arbeitstakt erreicht wird, wobei dann in den entsprechenden Zylinder eingespritzt und das entstehende Gemisch gezündet wird und wobei das Starthilfesystem solange aktiviert bleibt bis die Drehzahl die weitere Drehzahlschwelle überschreitet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine selbst.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Stellung mindestens eines Kolbens in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Es wird Kraftstoff in einen Brennraum desjenigen oder derjenigen Zylinder eingespritzt, dessen oder deren Kolben sich in einem Arbeitstakt befindet.

Die Erfindung betrifft außerdem eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Detektorvorrichtung zur Ermittlung der Stellung eines Kolbens in einem Zylinder der Brennkraftmaschine und eine Kraftstoffzumesseinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum desjenigen mindestens einen Zylinders, dessen Kolben sich in einer Arbeitsphase befindet. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Steuer- und/oder Regelgerät für eine derartige mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

Ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 31 17 144 A1 bekannt. Das dort beschriebene Verfahren arbeitet ohne einen elektromotorischen Anlasser. Bei stillstehender Brennkraftmaschine wird dabei in den Brennraum eines oder mehrerer Zylinder, deren Kolben sich in der Arbeitsphase befinden, eine für eine Verbrennung notwendige Menge an Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Danach wird jeweils in den Brennraum des oder der Zylinder, deren Kolben den nächsten Arbeitstakt ausführen, Kraftstoff eingespritzt und gezündet, sobald die betreffenden Kolben die Arbeitsstellung erreicht haben. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine ohne einen elektrischen Anlasser und die damit notwendigerweise verbundenen Bauteile ausgebildet werden. Zudem kann ein Akkumulator der Brennkraftmaschine kleiner dimensioniert sein, da dieser keine elektrische Energie mehr für den Anlasser und die übrigen elektrischen Bauteile liefern muss.

Des Weiteren ist in DE 100 20 104 A1 ein Verfahren zum Starten ohne einen elektrischen Anlasser beschrieben, bei dem, ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art, die Einlass- und/oder Auslassventile mindestens eines Zylinders, dessen Kolben sich nach einem oberen Totpunkt befindet, vor dem Startvorgang in eine einer Arbeitsstellung entsprechende Stellung gebracht werden. Die Brennkraftmaschine verfügt dabei beispielsweise über eine nockenwellenfreie Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventile. Damit kann jedes Einlass- und Auslassventil getrennt von den anderen Ventilen und unabhängig von der Stellung der Nockenwelle angesteuert werden. So kann erreicht werden, dass bei einer Vier- oder Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine zu Beginn des Startvorgangs zwei Zylinder in eine einer Arbeitsphase entsprechende Stellung gebracht werden können, und in die Brennräume dieser beiden Zylinder gleichzeitig Kraftstoff eingespritzt und das Kraftstoff-Luft-Gemisch gleichzeitig gezündet werden kann. Durch diese doppelte Verbrennung entsteht eine besonders starke Anfangsbeschleunigung der Kurbelwelle und es kommt damit zu einem kurzen Startvorgang. Dabei bietet eine doppelte Verbrennung eine ausreichende Reserve, um eventuelle Reib- oder Kompressionswiderstände zu Beginn des Startvorgangs zu überwinden.

In einem zweiten Schritt wird nach dem Stand der Technik in den Brennraum eines sich in der Verdichtungsphase befindlichen weiteren Zylinders Kraftstoff eingespritzt und das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Der Einspritzbeginn in den Brennraum des weiteren Zylinders kann, sofern der Einspritzdruck hoch genug ist, in die fortschreitende Verdichtungsphase bis kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes verlagert werden. Durch die zweite Verbrennung wird die Drehbewegung der Kurbelwelle weiter beschleunigt. Während des weiteren Verlaufs des Startvorgangs wird Kraftstoff in die Brennräume der in der Ansaugphase befindlichen Zylinder eingespritzt und das in den Brennräumen befindliche verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Auch hier kann die Einspritzung alternativ auch während der Verdichtungsphase erfolgen, sofern der Einspritzdruck hoch genug ist.

Nachteilig bei dem vorgeschlagenen Startsystem ist, dass es nur bei einem Ottomotor mit Benzin-Direkteinspritzung in einem beschränkten Temperaturbereich und aus beschränkten Anfangslagen der Kurbelwelle funktioniert, die sich häufig beim Abstellen und Auspendeln des Verbrennungsmotors einstellen.

Generell sind die kritischen Phasen beim Direktstart von Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung (BDE) die ersten zwei Verbrennungen. Bei der ersten Verbrennung ist die Startdrehzahl der Kurbelwelle null und es gibt keine Vorverdichtung.

Ein Direktstartbeginn kann daher nur in einer Auspendellage von ca. 90° KW nach dem oberen Totpunkt, d. h. Verbrennungsbeginn im Arbeitszylinder, erfolgreich sein, da dann nur eine halbe Kompression des Nachfolgezylinders zu überwinden ist. Die zweite Verbrennung findet bereits mit vorkomprimiertem Gemisch statt, d. h. liefert also bereits eine verbesserte Verbrennung, muss andererseits aber eine volle Kompression überwinden.

Daher können Direktstarts von Benzin-Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschinen nur aus einer günstigen Auspendellage in einem bestimmten Motortemperaturbereich selbsttätig funktionieren, da bei tiefen und sehr tiefen Temperaturen, z. B. zwischen 0° und –28° C, sich zum einen die Auspendellagen oft von der gewünschten 90° Kurbelwellenlage nach dem oberen Totpunkt in Richtung einer Gleichverteilung ändern, als auch andererseits das Problem auftritt, dass der kalte Kraftstoff ohne Kompression keinen Dampfanteil enthält.

Andererseits besteht bei hohen und sehr hohen Motortemperaturen, d. h. Zylinder-Lufttemperaturen bis über 120° C, das Problem, dass die Luftmasse deutlich kleiner und die Homogenität des eingespritzten Kraftstoffs verschlechtert ist, so dass deutlich weniger Energie umgesetzt werden kann. Gleichzeitig erhöhen sich die Kompressionsmomente, da durch die bessere Schmierung die Leckage verkleinert ist.

Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und zur Verbesserung der elektrischen Bordnetzleistung sowie zur Verbesserung des Startverhaltens, insbesondere beim Start-Stopp-Betrieb, d. h. z. B. beim automatischen Abschalten der Brennkraftmaschine z. B. bei einem Ampelstopp, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Systemen entwickelt, die über einen integrierten Startergenerator auf der Kurbelwelle (ISG) sowie über einen riemengetriebenen Startergenerator anstelle des heutigen Generators (RSG) verfügen.

Allerdings hat man beim Startbetrieb dieser Systeme, insbesondere im Start-Stopp-Betriebsfall, im Vergleich zum konventionellen Startsystem ein verhältnismäßig kleines Trägheitsmoment an der Kurbelwelle, was bei der im Verhältnis zum konventionellen Starter kleinen Übersetzung zu einer zusätzlichen Momentenerhöhung, zu hohen Startleistungen und damit zu hohen Systemkosten führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der ein sicheres Starten insbesondere der Benzin-Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine verwirklicht werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, wobei die Stellung mindestens eines Kolbens in einem Zylinder sowie die Motortemperatur ermittelt wird, und wobei bei einer Motortemperatur in einem vorgegebenen Intervall und einer vorgegebenen Lage mindestens eines Kolbens in der Arbeitsphase in den zugeordneten Zylinder Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch aus Kraftstoff und im Zylinder befindlichem Gas gezündet wird, zum Durchführen eines Direktstarts und wobei zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt überprüft wird, ob die Drehzahl beim Direktstart einen definierten Grenzwert unterschreitet und in diesem Fall ein Starthilfesystem aktiviert wird, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine eine Drehzahlschwelle überschreitet und wobei in dem Fall, dass die Motortemperatur und/oder die Lage des Kolbens nicht in den vorgegebenen Werten liegt, das Starthilfesystem vor dem Start der Brennkraftmaschine betätigt wird, bis die vorgegebene Lage eines Kolbens im Arbeitstakt erreicht wird, wobei dann in den entsprechenden Zylinder eingespritzt und das entstehende Gemisch gezündet wird und das Starthilfesystem so lange aktiviert bleibt, bis die Drehzahl die Drehzahlschwelle überschreitet.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung besitzt den Vorteil eines Startsystems mit einer Brennkraftmaschine insbesondere mit Benzindirekteinspritzung einen Direktstart durchführen zu können, wobei ein sicherer Start stets gewährleistet ist. Hierzu ist ein Starthilfesystem vorgesehen, das fallweise sowohl die Positionierung bewerkstelligen kann als auch durch die überlagerte Antriebsleistung einen dynamischen und geräuscharmen Start bei allen Randbedingungen sichert. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass bei günstigen Randbedingungen ein Direktstart erfolgen kann.

Dabei können im wesentlichen drei Fälle unterschieden werden. Die Motortemperatur befindet sich in einem vorgegebenen Intervall und die Stellung mindestens eines Kolbens in einem Zylinder ist in einer definierten Vorzugslage, die einen Direktstart ermöglicht. Diese vorgegebene Vorzugslage liegt insbesondere bei ± 45° um 90° KW nach einem oberen Totpunkt im Arbeitstakt, insbesondere bei ± 25° KW und vorzugsweise bei ± 10° KW um die 90° Lage nach dem oberen Totpunkt (OT) im Arbeitstakt.

In diesem Fall kann ohne Starthilfesystem ein Start erfolgreich sein, der unmittelbar nur durch die Brennkraftmaschine selbst erfolgt. Ein derartiger Start wird dann durchgeführt und es wird zu einer oder mehreren definierten Zeiten überprüft, ob die Drehzahl beim Direktstart einen definierten Grenzwert über- oder unterschreitet. Überschreitet sie einen vorgegebenen Grenzwert, so kann positiv davon ausgegangen werden, dass der weitere Hochlauf der Maschine erfolgreich sein wird. Unterschreitet jedoch zu einem oder mehreren vorgegebenen Zeitpunkten die Kurbelwelle eine gewisse vorgegebene Drehzahl, muss davon ausgegangen werden, dass der Direktstart nicht erfolgreich sein wird. In diesem Fall kann dann das Starthilfesystem zugeschaltet werden und kann den Start der Brennkraftmaschine unterstützen.

Darüber hinaus kann im Fall, dass festgestellt wird, dass die Motortemperatur und/oder die Lage des Kolbens nicht in den bevorzugten Werten liegen, über das Starthilfesystem eine Positionierung erfolgen. Schließlich kann in diesem Fall vorgesehen sein, zusätzlich zur reinen Positionierung das Starthilfesystem mit überlagertem Start der Brennkraftmaschine zu verwenden, wobei in jedem der Fälle das Starthilfesystem nur so lange aktiviert bleibt, bis eine Drehzahlschwelle überschritten wird, ab der dann ein sicherer weiterer Hochlauf gewährleistet ist und das Starthilfesystem wieder deaktiviert bzw. ausgespurt werden kann.

Da das Starthilfesystem nur im Bedarfsfall kurzzeitig eingesetzt wird, ist für den Fahrer hinsichtlich Startverhalten und Geräusch keine Benachteiligung gegeben.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl nach der ersten und/oder der zweiten Verbrennung bestimmt wird. D. h., bei Startbeginn trifft eine übergeordnete Startsteuerung eine Entscheidung bezüglich der aktuellen Motortemperatur und der Auspendellage, ob ein Direktstart ohne Starthilfe erfolgreich sein wird. Zur Absicherung wird darüber hinaus die Drehzahl an der Kurbelwelle überwacht. Wenn zu einem Zeitpunkt t1 die Drehzahl n1 eine gewisse Drehzahlschwelle ns1 nicht überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass der weitere Hochlauf aufgrund der bisher vorliegenden Beschleunigung nicht erfolgreich sein wird. Das Gleiche kann nach der zweiten Verbrennung zum Zeitpunkt t2 für die Drehzahl n2 und die Drehzahlschwelle ns2 ermittelt werden. Dabei sind die Schwelldrehzahlen ns1 und ns2 zusammen mit den Zeitpunkten t1 und t2 so gewählt, dass die Beschleunigung aus den ersten beiden Verbrennungen im Hinblick auf einen genügend dynamischen Start positiv bewertet werden kann. Wahlweise kann jedoch lediglich die Drehzahl nach der ersten oder der zweiten Verbrennung mit einer Drehzahlschwelle verglichen werden. Reduziert man die Abfrage auf den Zeitpunkt t1 nach der ersten Verbrennung, kommt die fallweise notwendige Starterunterstützung früher, wenn nicht noch der Zeitpunkt t2 abgewartet wird. Wählt man hingegen lediglich eine Abfrage zum Zeitpunkt t2, kann auf eine Drehzahl n1 zugunsten kleinerer Startereingriffszeiten und zur Verringerung der Steuerlogik verzichtet werden.

Dabei kann vorgesehen sein, dass als Kurbelwellenwinkel, bei dem ein erfolgreicher Start angenommen werden kann, der Kurbelwellenwinkel um ± 45° KW um die 90° KW-Lage nach dem oberen Totpunkt im Arbeitstakt eines Zylinders liegt. Insbesondere kann ein Kurbelwellenwinkel von ± 25° Kurbelwinkel und insbesondere von ± 10° Kurbelwinkel um die 90° Lage als Vorzugslage angesehen werden, aus welcher heraus ein Direktstart der Brennkraftmaschine durch Zündung in einem oder mehreren im Arbeitstakt befindlichen Zylindern eines Kraftstoff-Gas-Gemisches erfolgreich sein wird.

Als Drehzahlschwelle kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlschwelle nach der ersten Verbrennung bei ≥ 50 1/min, insbesondere bei ≥ 70 1/min liegt. Die Drehzahlschwelle nach der zweiten Verbrennung zum Zeitpunkt t2 kann bei ≥ 100 1/min, insbesondere bei ≥ 120 1/min liegen. Dabei kann als Zeitpunkt t1 ein Zeitpunkt um 200 ms und für den Zeitpunkt t2 ein Zeitpunkt bei ca. 350 ms gewählt werden. Die Zeitpunkte sind dabei abhängig von der zu erwartenden Drehzahl und damit von der zu erwartenden Beschleunigung, die in der Brennkammer durch die Verbrennung erreicht werden kann und durch den Kolben auf die Kurbelwelle übertragen wird. Die jeweiligen Zeiten sind daher motorabhängig zu bestimmen.

Die Grenzdrehzahl für das Abschalten bzw. Ausspuren des Starthilfesystems, sofern dieses fallweise zugeschaltet worden ist, kann bei ≥ 300 1/min, insbesondere bei ≥ 400 1/min oder ≥ 500 1/min liegen. Ab dieser Grenzdrehzahl kann davon ausgegangen werden, dass ein weiterer Hochlauf erfolgreich sein wird und gleichzeitig nur eine minimale Verschleißzeit und eine geringe Geräuschbelastung existiert.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird und in einem Speicher abgelegt ist.

Des Weiteren erfasst die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, das einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der vorstehenden Art abgespeichert ist.

Schließlich ist Teil der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Detektorvorrichtung zur Ermittlung der Stellung mindestens eines Kolbens in seinem zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Kraftstoffzumesssystem zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum desjenigen Zylinders, dessen Kolben sich in einer Arbeitsphase befindet, mit einem Starthilfesystem zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wobei je nach Stellung des Kolbens in den Zylindern sowie einer in der Brennkraftmaschine gemessenen Temperatur und/oder Drehzahl zu mindestens einem Zeitpunkt das Starthilfesystem mit einer Kurbelwelle koppelbar und ab einem gewissen Drehzahlschwellwert wieder entkoppelbar ist.

Die Brennkraftmaschine kann dabei als Starthilfesystem einen Starter, einen Riemen-Starter, einen Riemen-Starter-Generator, einen getriebeseitigen Starter oder Starter-Generator oder einen Kurbelwellen-Starter-Generator umfassen.

Des Weiteren kann ein vorstehend beschriebenes Regel- und/oder Steuergerät vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine kann dabei vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder oder auch andere Zylinderzahlen umfassen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unterlagen. Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

2 eine Tabelle der Startfälle

3 ein Ablaufdiagramm der Startfälle.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In 1 ist eine Brennkraftmaschine in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Kolben 2 auf, der in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Des Weiteren sind dem Brennraum 4 ein mit einem Signal TI ansteuerbares Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal ZW ansteuerbare Zündkerze 9 zugeordnet.

In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 9 sowie zeitlich unmittelbar vor dem oberen Totpunkt OT des Kolbens 2 bzw. vor dem Zündzeitpunkt. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 9 der Kraftstoff entzündet, so dass der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird.

In einer zweiten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig (homogen) verteilt. Danach wird das Kraftstoff/Gas-Gemisch während der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 9 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben.

Im Schichtbetrieb wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen Kolben 2 eine Kurbelwelle 10 in eine Drehbewegung versetzt, über die letztendlich die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Der Kurbelwelle 10 ist ein Drehzahlsensor 11 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Kurbelwelle 10 ein Signal n erzeugt.

Der Kraftstoff wird im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb unter einem hohen Druck in das Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzt. Zu diesem Zweck ist eine elektrische Kraftstoffpumpe vorgesehen, die unabhängig von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird und einen sogenannten Raildruck erzeugt.

Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse wird von einem Steuergerät 12, insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffemission gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 12 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Steuerelement, insbesondere einem Read-Only-Memory, ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.

Das Steuergerät 12 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 12 mit einem in dem Ansaugrohr 6 angeordneten Luftmassensensor, einem in dem Abgasrohr 7 angeordneten Lambdasensor und/oder mit dem Drehzahlsensor 11 verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät mit einem Fahrpedalsensor 13 verbunden, der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigten Fahrpedals angibt.

Das Steuergerät erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 entsprechend der gewünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflusst werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 12 mit dem Einspritzventil 8 und der Zündkerze 9 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale TI, ZW.

2 zeigt eine Tabelle der Startfälle und Abfragekriterien, sowie der Startunterstützungs-Bereiche. 3 zeigt ein Ablaufschema der Startfälle.

Nach einer Startanforderung wird zunächst ermittelt, ob der Kurbelwellenwinkel in einer Vorzugslage, d. h. also um 90° Kurbelwinkel, insbesondere bei ± 45° um 90° Kurbelwinkel liegt, d.h., ob die Startbedingungen, nämlich Auspendelstellung und Motortemperatur in einem für die Direktstartfähigkeit festgelegten Bereich liegen.

In diesem Fall sowie bei Vorliegen einer Motortemperatur in einem zulässigen Intervall wird in den oder die sich im Arbeitstakt befindlichen Zylinder Kraftstoff eingespritzt und dann das Gemisch aus Kraftstoff und Luft im Brennraum gezündet. Durch die entstehende Verbrennung und Expansion wird der mindestens eine Kolben im Arbeitstakt im Zylinder nach unten bewegt und treibt die Kurbelwelle an. Zu einem Zeitpunkt t1 – z.B. 200 ms – wird nun die Drehzahl n der Kurbelwelle ermittelt. Liegt die Drehzahl n unterhalb einer Drehzahl ns1, die z.B. bei 70 min–1 festgesetzt wurde, wird ein Starthilfesystem aktiviert.

Darüber hinaus wird zu einem Zeitpunkt t2, der z.B. bei 350 ms angesetzt ist, wiederum die Drehzahl ermittelt. Liegt die Drehzahl hier unter ns2, z.B. bei 120 1/min, bleibt das Starthilfesystem weiter aktiviert bzw. wird aktiviert, sofern zwar nach der ersten Verbrennung zum Zeitpunkt t1 eine Drehzahl über ns1 erzielt werden konnte, jedoch bei t2 die Drehzahl unter ns2 liegt. Der Starter bleibt dann so lange aktiviert, bis die tatsächliche Drehzahl über den Schwellwert ns3, der z.B. bei 400 1/min liegt, hinweggeht. Bei Überschreiten der Drehzahlschwelle ns3 kann dann das Starthilfesystem deaktiviert werden.

Grundsätzlich ist es möglich, lediglich zum Zeitpunkt ns1 oder ns2 eine Überwachung der Drehzahl durchzuführen und hierauf basierend eine Zuschaltung des Starthilfesystems vorzunehmen.

3 zeigt nun ein Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren.

Dabei wird das Verfahren mit Anforderung eines Startes der Brennkraftmaschine gestartet. Es erfolgt daraufhin zunächst eine Abfrage, ob die Motortemperatur T im Intervall von T1 und T2 liegt. Des Weiteren wird abgefragt, ob ein Zylinder 1, der sich im Arbeitstakt befindet, einen Kurbelwellenwinkel in Intervall aus Kurbelwellenwinkel KW1 und Kurbelwellenwinkel KW2 aufweist, wobei dieses Intervall durch die Vorzugslage um 90° nach dem oberen Totpunkt gebildet wird. Sind diese Starbedingungen erfüllt, ist dies in 2 mit i.O. gekennzeichnet. An dieser Stelle erfolgt die erste Unterscheidung im Startverfahren. Liegt die Temperatur im Intervall von T1 und T2 und liegt der Kurbelwellenwinkel des Zylinders, der sich im Arbeitstakt befindet, im Bereich der Kurbelwellenwinkel KW1 bis KW2, die ein zulässiges Intervall um die Vorzugslage von 90° nach dem oberen Totpunkt darstellen, so erfolgt zunächst eine Einspritzung und Zündung in diesen Zylinder 1. Der Motor setzt sich durch BDE-Direktstartmomente in Bewegung. Wie aus dem Ablaufdiagramm 3 ersichtlich ergeben sich durch den Drehzahlvergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert bei t = t1 und bei t = t2 die Startfälle 1.1–2.2.

Startfall 1.1: In diesem (häufigen) Fall wird bei beiden Drehzahlabfragen (entsprechend den ersten zwei Verbrennungen) das das gesetzte Kriterium (ns1, ns2) überschritten, so dass ein regulärer BDE-Direktstart (ohne Unterstützung durch ein Startsystem) erfolgt.

Startfall 1.2: ist nur das Ergebnis der zweiten Drehzahlabfrage negativ, so wird ab t = t2 bis n > ns3 (tx) das Starthilfssystem zur Startunterstützung eingesetzt.

Startfall 2.1: Ist nur das Ergebnis der ersten Drehzahlabfrage negativ, so wird ab t = t1 bis t = t2 das Starthilfssystem zur Startunterstützung eingesetzt.

Startfall 2.2: Sind beide Drehzahlabfragen negativ, so wird ab t = t1 bis n > ns3 das Starthilfssystem zur Startunterstützung eingesetzt.

Der dritte Startfall ist nun der Startfall, bei dem die erste Abfrage bezüglich der Temperatur und/oder des Kurbelwellenwinkels mit nein beantwortet worden ist. In diesem Fall wird das Starthilfesystem aktiviert. Es erfolgt dann erneut eine Abfrage bezüglich des Kurbelwellenwinkels. Die Abfrage wird so lange wiederholt, bis der Kurbelwellenwinkel im gewünschten Intervall liegt. Wird die Frage dann mit ja beantwortet, erfolgt eine erste Zündung und Einspritzung. Das Starthilfesystem bleibt jedoch aktiviert und der Direktstart wird lediglich als hierzu überlagerter Start durchgeführt. Zum Zeitpunkt tx erfolgt dann die Abfrage, ob die Drehzahl n ≥ ns3 ist. Wird diese Frage mit ja beantwortet, wird das Starthilfesystem deaktiviert. Es erfolgt dann ein weiterer Hochlauf bzw. weitere Fahranforderungen können, wie in den bereits beschriebenen Fällen, durchgeführt werden und das Startverfahren ist beendet. Wird die Frage mit nein beantwortet, erfolgt ein weiterer Hochlauf durch Einspritzung und Zündung in weitere Zylinder, zusammen mit dem Starthilfesystem so lange, bis die Drehzahl den Schwellwert ns3 überschritten hat. Startfall 3 ist selten, daher kann auf frühzeitiges Ausspuren des Starthilfesystems verzichtet werden. Ansonsten verläuft er entsprechend den Startfällen 1.2 bzw. 2.1.

Auf diese Weise kann das Starthilfesystem bezüglich seiner Leistung schwächer ausgelegt und damit optimiert werden, gegenüber herkömmlichen Starthilfesystemen. Die Motortemperatur kann dabei z. B. im Intervall T1 von 0° bis T2 bei 120° angesetzt werden.

Durch die Unterscheidung in drei Startfälle: 1) Brennkraftmaschinen-Direktstart der direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine ohne Startunterstützung durch das Starthilfesystem; 2) Direktstart mit verspäteter Unterstützung, aufgrund der durch die Drehzahlüberwachung erkannten Startprobleme bzw. der zu geringen Startdynamik, die durch die Drehzahlüberwachung und das entsprechende Steuerungs- und Regelungsgerät signalisiert wird; 3) Starthilfe mit Überlagerung eines Direktstarts ab einer geeigneten Lageposition des Kolbens; kann jeweils eine minimale Einsatzzeit des Starthilfesystems und damit ein gleichzeitig dynamischer, aber geräuscharmer Start sichergestellt werden, der kostengünstig verwirklicht werden kann.

Eine Abwandlung des Startfalls 3 erweitert im Startfall 4 die Methode auf Motoren mit Saugrohreinspritzung.

Dazu wird im Start-Stopp-Modus beim Abstellen eingespritzt und positioniert.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Stellung mindestens eines Kolbens in einem Zylinder sowie eine Motortemperatur ermittelt wird, und bei einer Motortemperatur in einem vorgegebenen Intervall und einer vorgegebenen Lage eines Kolbens in einer Arbeitsphase in den Zylinder Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch aus Kraftstoff und im Zylinder befindlichen Gas gezündet wird zum Durchführen eines Direktstarts und wobei zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt überprüft wird, ob eine Drehzahl beim Direktstart einen definierten Grenzwert unterschreitet und in diesem Fall ein Starthilfesystem aktiviert wird, bis die Drehzahl eine weitere Drehzahlschwelle überschreitet, und wobei in dem Fall, dass die Motortemperatur und/oder die Lage des Kolbens nicht in dem vorgegeben Intervall liegt, das Starthilfesystem vor dem Start der Brennkraftmaschine aktiviert wird bis die Vorzugslage eines Kolbens im Arbeitstakt erreicht wird, wobei dann in den entsprechenden Zylinder eingespritzt und das entstehende Gemisch gezündet wird und wobei das Starthilfesystem solange aktiviert bleibt bis die Drehzahl die weitere Drehzahlschwelle überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Drehzahl nach der ersten und/oder zweiten Verbrennung bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die vorgegebene Lage für den Kolben bei +/–45°KW um 90°KW nach einem oberen Totpunkt in der Arbeitslage, insbesondere bei +/–25° KW und insbesondere bei +/–10° KW um die 90°KW-Lage liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahlschwelle nach der ersten Verbrennung bei größer 50 1/min, insbesondere bei größer 70 1/min liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahlschwelle nach der zweiten Verbrennung bei größer 100 1/min, insbesondere bei größer 120 1/min liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahlschwelle für das Abschalten des Starthilfesystems bei größer 300 1/min, insbesondere bei größer 400 1/min liegt.
  7. Computerprogramm, wobei das Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird und in einem Speicher abgelegt ist.
  8. Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, das einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 abgespeichert ist.
  9. Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (3), insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Detektorvorrichtung zur Ermittlung der Stellung mindestens eines Kolbens in seinem zugeordneten Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) und einem Kraftstoffzumesssystem zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum (4) desjenigen Zylinders (3) dessen Kolben (2) sich in einer Arbeitsphase befindet, mit einem Starthilfesystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei je nach Stellung der Kolben (2) in den Zylindern (3) sowie einer in der Brennkraftmaschine (1) gemessenen Temperatur und/oder Drehzahl zu mindestens einem Zeitpunkt das Starthilfesystem mit einer Kurbelwelle koppelbar und ab einem gewissen Drehzahlschwellwert wieder entkoppelbar ist.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der als Starthilfesystem ein Starter, ein Riemenstarter, ein Riemen-Starter-Generator, ein getriebeseitiger Starter oder Startergenerator oder ein Kurbelwellen-Starter-Generator vorgesehen ist.
  11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, bei der ein Steuer- und/oder Regelgerät nach Anspruch 8 vorgesehen ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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