DE102009007409B4 - Method for initiating a direct start of an internal combustion engine in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Einleiten eines Direktstarts einer zumindest 6-zylindrigen Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug durch Zünden der Zylinder in einer vorgegebenen Zündreihenfolge, wobei als erster Zylinder derjenige Zylinder gezündet wird, dessen Kolben kurz vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt positioniert ist, nach dem Zünden des ersten Zylinders als zweiter Zylinder derjenige Zylinder gezündet (z2) wird, der in der herkömmlichen Zündreihenfolge bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine zwei Positionen vor dem ersten Zylinder gezündet wird, nach dem Zünden des zweiten Zylinders als dritter Zylinder derjenige Zylinder gezündet (z3) wird, der in der herkömmlichen Zündreihenfolge dem als zweites gezündeten Zylinder folgt und nach dem Zünden des dritten Zylinders als vierter Zylinder derjenige Zylinder gezündet (z4) wird, der dem als ersten gezündeten Zylinder folgt.Method for initiating a direct start of an at least 6-cylinder internal combustion engine in a motor vehicle by igniting the cylinders in a predetermined firing order, the first cylinder being the cylinder whose piston is positioned shortly before top combustion dead center after the ignition of the first cylinder the second cylinder is ignited (z2), which in the conventional firing order is ignited two positions before the first cylinder in normal operation of the internal combustion engine, after the ignition of the second cylinder the third cylinder is ignited (z3) which in the conventional firing order follows the second fired cylinder and after firing the third cylinder as the fourth cylinder that cylinder is fired (z4) that follows the first fired cylinder.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einleiten eines Direktstarts einer zumindest 6-zylindrigen Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug durch Zünden der Zylinder in einer vorgegebenen Zündreihenfolge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for initiating a direct start of an at least 6-cylinder internal combustion engine in a motor vehicle by igniting the cylinders in a predetermined firing order according to the preamble of claim 1.
Derzeit werden die meisten Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen mittels eines sog. Anlasser, der als elektrische Maschine ausgebildet ist, gestartet. Dieser treibt die Brennkraftmaschine über ein kleines Zahnrad und den Zahnkranz auf der Schwungscheibe an. Im Rahmen der Entwicklung von Stopp-Start-Systemen zum automatischen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine bei Stillstand des Fahrzeugs werden sog. Direktstart-Systeme eingesetzt, welche einen schnelleren Start der Brennkraftmaschine ermöglichen. Beim (normalen) Direktstart wird die Brennkraftmaschine ausschließlich mit Hilfe von Verbrennungsenergie gestartet, indem die Zylinder gemäß einer für den Direktstart vorgegebenen Zündreihenfolge gestartet werden, so dass sich die Brennkraftmaschine aufgrund des Zündens in den jeweiligen Zylindern in der normalen Drehrichtung in Bewegung setzt.Most internal combustion engines of motor vehicles are currently started by means of a so-called starter, which is designed as an electrical machine. This drives the internal combustion engine via a small gear and the ring gear on the flywheel. As part of the development of stop-start systems for automatically stopping and starting the internal combustion engine when the vehicle is at a standstill, so-called direct-start systems are used which enable the internal combustion engine to start more quickly. In the (normal) direct start, the internal combustion engine is started exclusively with the aid of combustion energy, in that the cylinders are started in accordance with an ignition sequence specified for the direct start, so that the internal combustion engine starts to move in the normal direction of rotation due to the ignition in the respective cylinders.
Aus der
Alternativ zum „normalen“ Direktstart kann auch ein erweiterter Direktstart vorgenommen werden, bei dem der Motor vor dem eigentlichen Direktstartvorgang - durch Kraftstoffeinspritzung in den Kompressionszylinder und Zündung des Gemisches - entgegen seiner eigentlichen Drehrichtung gedreht wird. Beim erweiterten Direktstart wird bei stehender Brennkraftmaschine zunächst derjenige Zylinder gezündet, dessen Kolben kurz vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt steht. Dadurch dreht sich die Kurbelwelle zunächst entgegen der normalen Laufrichtung, wodurch die das Gemisch in den Zylindern, die im Expansionstakt stehen, vorverdichtet wird. Diese können dann bei der Verbrennung eine höhere Energie erzeugen.As an alternative to the "normal" direct start, an extended direct start can also be carried out, in which the engine is rotated against its actual direction of rotation before the actual direct start process - by injecting fuel into the compression cylinder and igniting the mixture. With the extended direct start, when the internal combustion engine is at a standstill, the cylinder is ignited whose piston is close to the top dead center of combustion. As a result, the crankshaft initially rotates in the opposite direction of rotation, which pre-compresses the mixture in the cylinders that are in the expansion cycle. These can then generate more energy during combustion.
So offenbart die
Üblicherweise wird bei 6-zylindrigen Brennkraftmaschinen nach dem Zünden des oben genannten (ersten) Zylinders derjenige gezündet, der dem zuerst gezündeten Zylinder in der herkömmlichen - für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine vorgegebenen - Zündreihenfolge vorangeht. Diese Zündung erfolgt kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht bzw. im Umkehrpunkt der Rückwärtsdrehung. Dadurch wird eine Drehung der Kurbelwelle in die normale Laufrichtung erzeugt. Die durch die Zündung dieses zweiten Zylinders erzeugte Energie muss nun ausreichen, um die Kurbelwelle über das nun folgende Arbeitsspiel des Startzylinders hinwegzudrehen, da dieser zu diesem Zeitpunkt nur Abgas enthält und somit nicht gezündet werden kann. Die Zylinder können dann gemäß der herkömmlichen Zündreihenfolge gezündet werden.Usually, in 6-cylinder internal combustion engines, after the ignition of the above-mentioned (first) cylinder, the one that precedes the cylinder fired first is fired in the conventional firing order, which is predetermined for normal operation of the internal combustion engine. This ignition occurs shortly before the piston reaches top dead center or at the reversal point of the reverse rotation. This creates a rotation of the crankshaft in the normal running direction. The energy generated by the ignition of this second cylinder must now be sufficient to turn the crankshaft over the subsequent working cycle of the starting cylinder, since at this point in time it only contains exhaust gas and therefore cannot be ignited. The cylinders can then be fired according to the conventional firing order.
Um gewährleisten zu können, dass der Startzylinder (also derjenige Zylinder der beim erweiterten Direktstart zuerst gezündet wird) bei Zündung eine ausreichende Drehung der Kurbelwelle entgegen der normalen Laufrichtung erzeugt, ist es üblich, den Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine derart zu beeinflussen, dass der Startzylinder in einer geeigneten Position zum Stehen kommt. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit 6 oder mehr Zylindern steht dieser Startzylinder in einer üblichen Direktstartposition von ca. 90° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt. Der in der herkömmlichen Zündfolge vorhergehende Zylinder ist dann maximal 30° von seinem oberen Totpunkt entfernt. Dadurch besteht jedoch die Gefahr einer unzureichenden Vorverdichtung beim Zünden des ersten Zylinders. Weiter kann die Gefahr bestehen, dass der obere Verbrennungs-Totpunkt des komprimierten Zylinders überschritten wird und bei einer anschließenden Zündung dieses Zylinders ebenfalls eine Drehung der Kurbelwelle entgegen der normalen Laufrichtung erzeugt wird.In order to be able to ensure that the starting cylinder (i.e. the cylinder that is fired first in the extended direct start) generates a sufficient rotation of the crankshaft against the normal direction of rotation when firing, it is common to influence the shutdown process of the internal combustion engine in such a way that the starting cylinder is in a appropriate position comes to a standstill. Especially in internal combustion engines with 6 or more cylinders, this starting cylinder is in a customary direct starting position of approximately 90 ° before top dead center. The cylinder preceding in the conventional firing order is then a maximum of 30 ° from its top dead center. However, this creates the risk of insufficient pre-compression when the first cylinder is fired. Furthermore, there may be a risk that the top dead center of combustion of the compressed cylinder is exceeded and, if this cylinder is subsequently ignited, the crankshaft is also rotated counter to the normal running direction.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein hinsichtlich der oben genannten Gefahren verbessertes Verfahren zum Einleiten eines Direktstarts einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug anzugeben.The object of the invention is to provide a method for initiating a direct start of an internal combustion engine in a motor vehicle which is improved with regard to the dangers mentioned above.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem abhängigen Anspruch 2.This object is achieved by a method according to claim 1. An advantageous further development results from the dependent claim 2.
Gemäß den Stand der Technik wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einleiten des Direktstarts einer zumindest 6-zylindrigen Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug der Start durch Zünden der Zylinder in einer für den Direktstart vorgegebenen Zündreihenfolge gezündet, wobei als erster Zylinder derjenige gezündet wird, dessen Kolben kurz vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt positioniert ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Zünden dieses ersten Zylinders als zweiter Zylinder nicht derjenige Zylinder gezündet wird, der dem zuerst gezündeten Zylinder in der herkömmlichen (d. h. in der für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine vorgegebenen) Zündreihenfolge vorangeht, sondern derjenige, der in der herkömmlichen Zündreihenfolge bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine zwei Positionen vor dem ersten Zylinder gezündet wird. Da dieser zweite Zylinder einen größeren Abstand zum oberen Totpunkt hat, als der im Stand der Technik als zweites gezündete Zylinder, kann beim Zünden des ersten Zylinders aufgrund des längeren Kompressionsweg eine bessere Vorverdichtung im zweiten Zylinder erreicht werden. Bei Zünden dieses zweiten kann dann dadurch eine höhere Energie zum Drehen der Kurbelwelle in die normale Laufrichtung freigesetzt werden und somit eine Überwindung des oberen Totpunktes des zuerst gezündeten Zylinders gewährleistet werden.According to the prior art, in the method according to the invention for initiating the direct start of an at least 6-cylinder internal combustion engine in a motor vehicle, the start is made by igniting the cylinders in one for the Direct start predetermined ignition sequence ignited, the first cylinder being ignited is the one whose piston is positioned shortly before the top dead center of combustion. The invention is characterized in that after the ignition of this first cylinder as the second cylinder, not the cylinder is ignited which precedes the cylinder ignited first in the conventional (that is to say in the ignition sequence specified for the normal operation of the internal combustion engine), but rather the one which is fired two positions before the first cylinder in the conventional firing order in normal operation of the internal combustion engine. Since this second cylinder is at a greater distance from top dead center than the cylinder fired as the second in the prior art, better compression in the second cylinder can be achieved when the first cylinder is fired due to the longer compression path. When this second one is fired, a higher energy for rotating the crankshaft in the normal running direction can then be released, thus ensuring that the top dead center of the cylinder fired first is overcome.
Vorteilhafterweise wird nach dem Zünden des zweiten Zylinders als dritter Zylinder derjenige Zylinder gezündet, der in der herkömmlichen Zündreihenfolge dem als zweites gezündeten Zylinder folgt, d. h. es wird derjenige Zylinder gezündet, der zuvor überschlagen wurde. Da der in der herkömmlichen Zündreihenfolge bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine als nächster zu zündende Zylinder bereits als erster Zylinder gezündet wurde und nun nur verbranntes Gas enthält, wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach dem Zünden des dritten Zylinders als vierter Zylinder derjenige Zylinder gezündet wird, der dem als ersten gezündeten Zylinder folgt. Dies ist aufgrund der frei gewordenen Verbrennungsenergie der vorverdichteten und bereits gezündeten Zylinder möglich. Danach können die folgenden Zylinder in der herkömmlichen Zündreihenfolge gezündet werden.Advantageously, after the ignition of the second cylinder as the third cylinder, that cylinder is ignited which follows the cylinder fired as the second cylinder in the conventional firing order, i. H. the cylinder that was previously flipped is ignited. Since the next cylinder to be ignited in the normal firing order in normal operation of the internal combustion engine was already ignited as the first cylinder and now contains only burned gas, in an advantageous development of the invention, after the third cylinder is ignited, that cylinder is ignited as the fourth cylinder, which follows the cylinder fired first. This is possible due to the released combustion energy of the pre-compressed and already ignited cylinders. The following cylinders can then be fired in the conventional firing order.
Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie dessen vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in einem dafür vorgesehenen Steuergerät, insbesondere in einem Motorsteuergerät durchgeführt werden.The method according to the invention, as well as its advantageous configurations, can be carried out by means of an implemented algorithm or a corresponding module arrangement in a control device provided for this purpose, in particular in an engine control device.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. vier übereinander angeordnete Druckverläufe pZ1, pZ2, pZ4 und pZ5 von vier Zylindern einer 6-zylindrigen Brennkraftmaschine. Die Druckverläufe pZ1, pZ2, pZ4 und pZ5 sind über den Kurbelwellenwinkel °KW aufgetragen, wobei sich bei UT der Kolben des jeweiligen Zylinders, dessen Druckverlauf dargestellt ist im untern Totpunkt befindet, bei OT im oberen Totpunkt während des Auslasstakts und bei VOT im oberen Verbrennungs-Totpunkt.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment. The only FIG. 4 shows four pressure curves pZ1, pZ2, pZ4 and pZ5, arranged one above the other, of four cylinders of a 6-cylinder internal combustion engine. The pressure curves pZ1, pZ2, pZ4 and pZ5 are plotted over the crankshaft angle ° KW, with the piston of the respective cylinder, the pressure curve of which is shown at bottom dead center at UT, at top dead center during the exhaust stroke at TDC and at top combustion at VOT -Totpunkt.
Bei der hier angenommenen 6-zylindrigen Brennkraftmaschine, die durch einen Direktstart gemäß der Erfindung gestartet werden soll, wird als herkömmliche Zündreihenfolge bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine folgende Reihenfolge angenommen: 1-5-3-6-2-4-1-...In the case of the 6-cylinder internal combustion engine assumed here, which is to be started by a direct start according to the invention, the following sequence is assumed as the conventional ignition sequence during normal operation of the internal combustion engine: 1-5-3-6-2-4-1 -...
Der Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine wird derart beeinflusst, dass der erste Zylinder 90° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT zum Stillstand kommt. Diese Stillstandsposition des ersten Zylinders ist in der den Druckverlauf des ersten Zylinders darstellende Druckkurve pZ1 mit „Start“ gekennzeichnet. Aufgrund der festgelegten Position des ersten Zylinders befindet sich der zweite Zylinder 570° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT (= 30° vor dem nach dem Verbrennungs-Totpunkt nachgeordneten unteren Totpunkt UT bzw. 150° nach dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT), der dritte Zylinder 330° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT, der vierte Zylinder 690° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT (= 30° nach dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT), der fünfte Zylinder 210° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT und der sechste Zylinder 450° vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt VOT.The shutdown process of the internal combustion engine is influenced in such a way that the first cylinder comes to a standstill 90 ° before top dead center VOT. This standstill position of the first cylinder is marked with "Start" in the pressure curve pZ1 representing the pressure curve of the first cylinder. Due to the fixed position of the first cylinder, the second cylinder is 570 ° before the top dead center VOT (= 30 ° before the bottom dead center UT after the top dead center or 150 ° after the top dead center VOT) third cylinder 330 ° before top combustion dead center VOT, the fourth cylinder 690 ° before top combustion dead center VOT (= 30 ° after top combustion dead center VOT), fifth cylinder 210 ° before top combustion dead center VOT and the sixth cylinder 450 ° before top combustion dead center VOT.
Zum Einleiten eines erweiterten Direktstarts (=anfängliche Drehung der Kurbelwelle entgegen der normalen Laufrichtung) der 6-zylindrigen Brennkraftmaschine wird gemäß dem oben dargestellten Verfahren als erster Zylinder derjenige Zylinder gezündet wird, dessen Kolben kurz vor dem oberen Verbrennungs-Totpunkt positioniert ist, d.h. es wird der Zylinder
Nach dem Zünden des ersten Zylinders wird als zweiter Zylinder derjenige Zylinder gezündet wird, der in der herkömmlichen Zündreihenfolge bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine zwei Positionen vor dem ersten Zylinder gezündet wird. Aufgrund der oben genannten Zündreihenfolge (1-5-3-6-2-4-1..) wird demnach als nächstes der zweite Zylinder gezündet, dessen Gemisch aufgrund der Zündung des ersten Zylinders und der ursprünglichen Position des Kolben stark vorverdichtet wurde, siehe w1 im Druckverlauf des zweiten Zylinders pZ2. Die Zündung des zweiten Zylinders erfolgt bei beim Kurbelwellenwinkel z2. Durch das Zünden dieses zweiten Zylinders stellt sich aufgrund der Verbrennung ebenfalls ein höherer Druck im Zylinder ein und durch die frei gewordene Energie der Verbrennung und der zum Zeitpunkt der Zündung aktuellen Kolbenposition wird nun eine Drehung der Kurbelwelle in die normalen Laufrichtung verursacht, siehe Druckverlauf pZ1 im Bereich w2.After the ignition of the first cylinder, the cylinder is ignited as the second cylinder which is ignited two positions in front of the first cylinder in the conventional ignition sequence during normal operation of the internal combustion engine. Due to the firing order mentioned above (1-5-3-6-2-4-1 ..), the second cylinder is fired next, the mixture of which has been strongly pre-compressed due to the firing of the first cylinder and the original position of the piston, see w1 in the pressure curve of the second cylinder pZ2. The second cylinder is fired at crankshaft angle z2. The ignition of this second cylinder also results in a higher pressure in the cylinder due to the combustion and the released energy of the combustion and the piston position currently at the time of ignition now cause the crankshaft to rotate in the normal direction of rotation, see pressure curve pZ1 in Area w2.
Nach dem Zünden des zweiten Zylinders wird als dritter Zylinder derjenige Zylinder gezündet wird, der in der herkömmlichen Zündreihenfolge dem als zweites gezündeten Zylinder folgt. Aufgrund der oben genannten Zündreihenfolge (1-5-3-6-2-4-1..) wird demnach als nächstes der vierte Zylinder gezündet. Die Zündung des vierten Zylinders (als dritter Zünd-Zylinder) erfolgt beim Kurbelwellenwinkel
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