DE102007028854A1

DE102007028854A1 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007028854A1
Application number: DE102007028854A
Authority: DE
Inventors: Jakob Unterforsthuber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-23
Also published as: DE102007028854B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei zum Starten der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle über eine Startervorrichtung in Rotation gesetzt wird und die Zündung und die Kraftstoffzufuhr bei den Zylindern aktiviert wird. Zu Beginn des Startvorgangs, bevor die Kurbelwelle in Rotation versetzt wird, werden sämtliche Gaswechselventile zumindest eines Zylinders in einen geschlossenen Zustand überführt und anschließend die Kurbewelle in Rotation versetzt. Gemäß der Erfindung wird die Drehzahl der Startereinrichtung bzw. der Kurbelwelle überwacht und bei Erreichen einer vorbestimmten Startdrehzahl zumindest ein Zylinder durch Einschalten von Zündung und Kraftstoffzufuhr sowie Betätigung der Gaswechselventile aktiviert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Viertakt-Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um einen herkömmlichen Viertaktmotor zu starten, ist eine bestimmte Mindestdrehzahl der Kurbelwelle erforderlich. Um die Kurbelwelle beim Startvorgang der Brennkraftmaschine auf eine Drehzahl gleich oder größer dieser Mindestdrehzahl beschleunigen zu können, müssen der Anlasser und das elektrische Bordnetz so ausgelegt sein, dass die Mindestdrehzahl auch bei einer vorbestimmten unteren Außentemperatur (üblicherweise –30°C) sicher erreicht wird. Bei niedrigen Außentemperaturen erhöht sich durch das Viskositätsverhalten des Motoröls die Reibung erheblich, wohingegen die elektrische Leistung und die Spannung des elektrischen Energiespeichers (Bordnetzbatterie) deutlich absinken. Dieses gegenläufige Verhalten bedingt bei heutigen Kraftfahrzeugen eine üppige Dimensionierung von Anlasser, Batterie und anderen Bordnetzkomponenten wie Kabel, Stecker, Generator oder dergleichen. Insbesondere niedrige Umgebungs- bzw. Außentemperaturen wirken sich ferner negativ auf die Standzeit eines Fahrzeugs aus, nach deren Ablauf ein Start noch sicher möglich sein sollte. Auch der Einsatz eines Startergenerators (wie er sich insbesondere bei Hybridfahrzeugen anbietet), anstelle eines herkömmlichen separaten Anlassermotors, ist allein aufgrund der zu erfüllenden Rahmenbedingungen (insbesondere gewährleisten eines Starts bei niedriger Außentemperatur) nicht unproblematisch. Aus der DE 100 09 320 A1 ist ein Steuersystem für den Start einer Brennkraftmaschine mit elektromagnetisch betriebenen Ein- und Auslassventilen bekannt, wobei vor dem Antrieb der Kurbelwelle alle Ventile aller Zylinder nacheinander während einer so genannten Anfangsanziehung in eine geschlossene Position überführt werden. Hierdurch soll gewährleistet werden, dass die Ventile bereits vor dem eigentlichen Startvorgang aus einer ggf. „geklemmten" oder „benetzten" Ausgangsposition heraus bewegt werden, um so beim tatsächlichen Start unverzögert bewegt werden zu können und dass der während des Startvorgangs fließende Batteriestrom sowie der auftretende Spannungsabfall auf ein Minimum abgesenkt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, durch welches die erforderliche elektrische Startleistung während des Startvorgangs reduziert und ein Startvorgang auch bei niedrigen Außentemperaturen sicher gewährleistet wird. Insbesondere soll ein sicherer Startvorgang bei niedrigen Außentemperaturen für Systeme ohne separaten Anlassermotor – insbesondere für Hybridfahrzeuge, bei denen der Startvorgang über eine mit der Antriebswelle gekoppelte elektrische Antriebsmaschine erfolgt – gewährleistet werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Gemäß der Erfindung wird beim Startvorgang der Brennkraftmaschine ein Startsignal erzeugt, wobei als Reaktion auf das Startsignal alle Einlassventile und alle Auslassventile (vereinfacht gesagt: alle Gaswechselventile) zumindest eines Zylinders einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine geschlossen, bzw. geschlossen gehalten, werden. Die Kurbelwellendrehzahl (bzw. eine hiermit korrelierende Größe) wird danach laufend überwacht, derart, dass mit Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Startdrehzahl zumindest ein Zylinder durch Einschalten von Zündung und Kraftstoffzufuhr sowie durch (zykluskonforme) Betätigung der Gaswechselventile aktiviert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bis zum Erreichen der Startdrehzahl alle Gaswechselventile aller Zylinder der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine geschlossen gehalten, bis die Startdrehzahl erreicht oder überschritten ist, und mit Erreichen oder Überschreiten der Startdrehzahl zumindest ein Zylinder aktiviert. Sobald der Anlasser bzw. die die Brennkraftmaschine beim Startvorgang antreibende elektrische Maschine die vorbestimmte Startdrehzahl erreicht bzw. überschritten hat wird bei dem zumindest einen aktivierten Zylinder ein vollständiger Arbeitstakt (zykluskonform) durchgeführt. Von einer durch eine erfolgreiche Zündung erfolgten Drehzahlsteigerung hängt es im weiteren Startvorgang ab, ob und zu welchem Zeitpunkt die restlichen Zylinder aktiviert bzw. in die Arbeitstakte mit einbezogen werden.
Der Zeitraum für den Vorlauf ohne Verbrennung (Aktivierung) ist variierbar. Insbesondere ist dieser Zeitraum in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, wie der Kurbelwellendrehzahl, der Motortemperatur und/oder anderen Größen variabel bestimmbar.
Das Verhalten der Brennkraftmaschine bzw. deren Steuerung nach erfolgtem Start kann ebenfalls in Abhängigkeit von einer gewünschten (automatisch oder manuell vorgebbaren) Betriebsweise der Brennkraftmaschine unterschiedlich gestaltet werden. Als vorgebbare optimierte Betriebsweisen seien hier z. B. angeführt: das Abgasverhalten, die Fahrdynamik oder der Fahrkomfort.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, zumindest einen Zylinder einem zweiten Zylinder gleich zu schalten, derart, dass beide Zylinder zeitlich gesehen den selben Taktzyklus haben. Hierdurch wird eine beschleunigte/schnelle Leistungsbereitschaft der Brennkraftmaschine erreicht. Mit Vorteil wird diese Art des Starts bei einem Motor-Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine als automatische Startbetriebsweise durchgeführt.
Dabei kann allgemein eine Motor-Start-Stopp-Betriebsweise der. Brennkraftmaschine vorgesehen sein, bei der die Brennkraftmaschine gemäß der erfindungsgemäßen vorstehend beschriebenen Startweise automatisch gestartet wird und bei der die Brennkraftmaschine mit vollständig geschlossenen Gaswechselventilen bei zumindest einem Zylinder (vorzugsweise bei allen Zylindern) automatisch gestoppt wird. Hierdurch kann während des automatischen Stoppvorgangs eine ruhigere rundere Auslaufphase der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
Zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden kur näher erläutert. Es zeigen:
1: den Arbeitszyklus einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine gemäß einem klassischen Viertaktprinzip mit herkömmlicher Zündfolge,
2: den Viertaktzyklus einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gestartet wird, und
3: den Viertaktzyklus einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine, die gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gestartet wird.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine gemäß einem klassischen Viertaktprinzip mit der Zündfolge:
Zylinder 1, Zylinder 5, Zylinder 3, Zylinder 6, Zylinder 2, Zylinder 4 beschrieben (1).
2 zeigt in einer ersten Startroutine eine erste mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beim Startvorgang der Brennkraftmaschine sind im Zeitpunkt des Drehbeginns der elektrischen Maschine (z. B. Anlasser oder Kurbelwellen-Starter-Generator oder dergleichen) alle Gaswechselventile der Brennkraftmaschine geschlossen. Mit Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Startdrehzahl der Kurbelwelle, im Zeitpunkt t0, wird vorerst nur ein Zylinder der Brennkraftmaschine befeuert – wobei die Gaswechselventile der übrigen fünf Zylinder während dieser Phase geschlossen bleiben. Die übrigen Zylinder werden zu späteren Zeitpunkten, z. B. mit Erreichen einer zweiten vorbestimmten Kurbelwellendrehzahlschwelle oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, befeuert (aktiviert). Hierdurch wird erreicht, dass die elektrische Maschine bei einem sehr kleinen Einsatz elektrischer Leistung eine hohe Kurbelwellendrehzahl einstellen kann.
Gemäß einer zweiten, in 3 dargestellten Startroutine sind ebenfalls beim Startvorgang im Zeitpunkt des Drehbeginns der elektrischen Maschine alle Gaswechselventile geschlossen. Bei dieser Ausführungsform sind jeweils zwei Zylinder zu einem Paar zusammengefasst und somit im Hinblick auf die Aktivierung/Befeuerung parallel geschaltet. Zugleich ist die Parallelschaltung derart vorgenommen worden, dass die Zundabstände zwischen den zu aktivierenden Zylinderpaaren minimiert sind. Im vorliegenden Beispiel wurden hierfür die Zylinder 1, 4 und 5 um zwei Arbeitstakte bzw. um einen halben Arbeitstaktzyklus verschoben und das Zylinderpaar 3, 4 im Zeitpunkt t0' zuerst befeuert. Hierbei wurde vorausgesetzt, dass beim vorangegangenen Abstellvorgang der Brennkraftmaschine nach der jeweils letzen Zündung eines Zylinders, dieser noch einen Ansaugtakt durchführt und erst danach seine Ruheposition einnimmt, so dass alle Zylinder beim nächsten Startvorgang mit Frischluft (vor-)befüllt sind. Sollte keine Positionsdetektion der Kurbelwelle vorhanden und damit die Abstelllage der einzelnen Kolben, in der die Brennkraftmaschine bei der letzten Abschaltung zur Ruhe kam, zu Beginn des Startvorgangs nicht bekannt sein, wird beim Start mit Vorteil jeder Zylinder aktiviert/befeuert (Verdichten, Einspritzen, Zünden). Ist die Brennkraftmaschine mit allen Zylindern aktiviert, wird durch Auslassen von zwei Takten bei den verschobenen Zylindern 1, 4 und 5 die normale Zündfolge wieder hergestellt. Diese Art der Inbetriebnahme ist nur mit Gaswechselventilen möglich, die über eine taktunabhängige Steuerung steuerbar bzw. schaltbar sind. Sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist und alle Zylinder in Betrieb genommen sind wird die Verschiebung der Zylinder aufgehoben und die Brennkraftmaschine in der ursprünglich bestimmten Zündfolge (1, 5, 3, 6, 2, 4) Weiterbetrieben. Mit dieser Startvariante wird ein schnellstmögliches Anspringen der Brennkraftmaschine erreicht, was insbesondere im Warmbetrieb der Brennkraftmaschine im aktiven Start-Stopp-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine gewünscht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10009320 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei zum Starten der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle über eine Startervorrichtung in Rotation gesetzt und die Zündung und die Kraftstoffzufuhr bei allen Zylindern aktiviert werden, wobei – zu Beginn des Startvorgangs, bevor die Kurbelwelle in Rotation versetzt wird, sämtliche Gaswechselventile zumindest eines Zylinders in einen geschlossenen Zustand überführt werden, und – anschließend die Kurbelwelle in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Drehzahl der Startereinrichtung bzw. der Kurbelwelle überwacht wird, und – bei Erreichen einer vorbestimmten Startdrehzahl zumindest ein Zylinder durch Einschalten von Zündung und Kraftstoffzufuhr sowie Betätigung der Gaswechselventile aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorerst nur eine Anzahl von Zylindern kleiner der Gesamtzylinderzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere lediglich ein Zylinder, aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Startvorgangs zumindest ein Zylinder einem zweiten Zylinder gleichgeschaltet wird derart, dass beide Zylinder zeitlich gesehen den selben Taktzyklus haben.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Ventile der übrigen, nicht aktivierten Zylinder für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Startvorgangs im geschlossenen Zustand gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitdauer als ein fest vorgegebener Zeitwert oder als ein in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsbedingungen variabler Zeitwert vorgegeben ist.
Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, wobei – eine automatische Abschaltung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von vorbestimmten Bedingungen erfolgt, und wobei ausgehend von einem Zustand bei automatisch abgeschalteter Brennkraftmaschine eine automatische Aktivierung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von vorbestimmten Bedingungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass – während des automatischen Abschaltvorgangs sämtliche Einlass- und Auslassventile zumindest eines Zylinders in den geschlossenen Zustand überführt werden, und/oder – während der automatischen Aktivierung der Brennkraftmaschine – zu Beginn des Startvorgangs, bevor die Kurbelwelle in Rotation versetzt wird, sämtliche Gaswechselventile zumindest eines Zylinders in einen geschlossenen Zustand überführt werden, – anschließend die Kurbelwelle in Rotation versetzt wird, und – die Drehzahl der Startereinrichtung bzw. der Kurbelwelle überwacht wird, und – bei Erreichen einer vorbestimmten Startdrehzahl zumindest ein Zylinder durch Einschalten von Zündung und Kraftstoffzufuhr sowie Betätigung der Gaswechselventile aktiviert wird.