DE102011083573B4

DE102011083573B4 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102011083573B4
Application number: DE102011083573.3A
Authority: DE
Inventors: Norbert Mueller; Stefan Hoefle; Steffen Strauss; Elias Calva
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: DE102011083573A1; CN103032187A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (56, 146) eines Kraftfahrzeugs (54, 144), wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (56, 146) aus einem Segelbetrieb (120) ein Zielzylinder des Verbrennungsmotors (56, 146) bestimmt wird, der sich in einem ausgewählten Arbeitstakt befindet und in den zum Starten Kraftstoff eingespritzt wird, und wobei eine Kupplung (58, 110, 150) zwischen dem Verbrennungsmotor (56, 146) und einem Getriebe (60, 152) des Kraftfahrzeugs (54, 144) geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
Stand der Technik
Bei Hybridfahrzeugen, bspw. einem Parallelhybridfahrzeug mit einer Trennkupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Antriebsmaschine, ist als Fahrzustand ein sogenannter Segelbetrieb bekannt.
Beim Segelbetrieb, der auch als freewheeling, high speed free rolling oder coasting bezeichnet werden kann, wird ein Triebstrang eines Kraftfahrzeugs geöffnet, wodurch der Verbrennungsmotor und das Getriebe voneinander entkoppelt werden. Durch das fehlende Schleppmoment des Verbrennungsmotors rollt das Kraftfahrzeug antriebslos deutlich weiter aus, als bei einem Schubabschalten im höchsten Gang. Um Kraftstoff zu sparen, kann der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben werden, so dass als Fahrzustand ein Leerlauf-Segeln vorliegt. In letzter Konsequenz kann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden. In diesem Fall ist als Fahrzustand ein Motorstopp-Segeln vorgesehen.
Es sind Hybridfahrzeuge bekannt, die bereits über die notwendigen Voraussetzungen zur Durchführung des Segelbetriebs verfügen. Bei einem konventionellen Kraftfahrzeug müssen dagegen die Starteranlage, das Bordnetz, die Lenkung, die Bremsanlage und das Getriebe an die zusätzlichen Anforderungen des Segelbetriebs angepasst werden.
Einige Getriebetypen sind für den Segelbetrieb bereits ohne weitere Maßnahmen verwendbar, wie z. B. elektro-mechanisch oder elektro-hydraulisch aktuierte Doppelkupplungsgetriebe (DCT), automatisierte manuelle Getriebe (AMT), konventionelle Stufen-Automaten (AT) und stufenlose Getriebe (CVT). Diese genannten Getriebetypen umfassen Wandler und sind i. d. R. mit einer mechanisch angetriebenen Pumpe zur Versorgung der hydraulischen Ansteuerung sowie zum Schmieren und Kühlen der Stellelemente ausgestattet.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die mechanische Pumpe beim Motorstopp-Segeln keinen Druck sowie Volumenstrom erzeugt. Daher muss die Ölversorgung mit Zusatzmaßnahmen gewährleistet werden. Durch Nutzung einer elektrischen Ölpumpe (ELOP) ergibt sich die Möglichkeit, den Segelbetrieb auch mit diesen Getrieben durchzuführen, wobei mit automatischen Getrieben auch eine komfortable Bedienung des Kraftfahrzeugs möglich ist.
Bei manuellen Getrieben ist der Segelbetrieb ebenfalls möglich, allerdings ist hierbei ein als umständlich empfundenes Bedienkonzepts erforderlich. Um den Segelbetrieb zu initiieren, muss der Fahrer die Kupplung drücken, das Getriebe in eine Neutralposition stellen und die Kupplung wieder freigeben. Um den Verbrennungsmotor wieder zu starten, muss die Kupplung wieder gedrückt werden. Um anschließend wieder einen Kraftschluss zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe herzustellen, ist ein der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angemessener Gang einzulegen und die Kupplung wieder freizugegeben. Unterstützend kann der Verbrennungsmotor die Drehzahl abhängig von der Geschwindigkeit und ggf. von dem eingelegten Gang anheben, so dass die Drehzahl am Getriebeeingang und die Drehzahl des Verbrennungsmotors möglichst ähnlich sind. Für die komfortable Umsetzung eines Segelbetriebs bei einem manuellen Getriebe ist die Verwendung einer automatisierten Kupplung denkbar.
Demnach wirkt sich das Motorstopp-Segeln auf das gesamte Kraftfahrzeug aus, so dass Sicherheitsanforderungen und Verfügbarkeitsziele erfüllt werden sollten. Davon sind abhängig von der hinterlegten Betriebsstrategie u. a. das Bordnetz und die Starteranlage betroffen.
Bei einem in der Druckschrift DE 103 03 822 A1 beschriebenen Kraftfahrzeug ist ein Verbrennungsmotor über eine Kupplung direkt mit einer Getriebeeingangswelle verbunden. Ein Impulsstartergenerator ist direkt auf die Getriebeeingangswelle montiert, so dass das Kraftfahrzeug elektrisch betrieben werden kann. Damit ein Umschalten vom Elektrobetrieb auf den Verbrennungsmotorbetrieb ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist, ist für den Verbrennungsmotor ein Direktstart über den Impulsstartergenerator vorgesehen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift DE 10 2008 000 045 A1 bekannt. Dabei umfasst der Antriebsstrang zumindest einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, ein zwischen dem Hybridantrieb und einem Abtrieb angeordnetes Getriebe und eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung. Bei stillstehendem Verbrennungsmotor im Elektrobetrieb des Antriebsstrangs kann der Verbrennungsmotor vom Elektromotor durch Schließen der zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordneten Kupplung gestartet werden.
In der Druckschrift DE 10 2009 002 177 A1 ist ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei dem ein Elektromotor über eine Getriebeeinheit mit einer ersten Achse verbunden ist. Außerdem ist ein Verbrennungsmotor über eine weitere Getriebeeinheit und eine Kupplung mit einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs verbunden. Zum Start eines zweiten Antriebsaggregats, hier einem Verbrennungsmotor, wird ein Triebstrang, der hier die Getriebeeinheit sowie die Kupplung umfasst, geschlossen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgt in einer Ausgestaltung ein Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs aus einem Segelbetrieb durch Schließen einer Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe, das mit den rollenden Rädern des Kraftfahrzeugs zusammenwirkt. Demnach wird ein Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs geschlossen, über den zwischen dem Verbrennungsmotor und den Rädern des Kraftfahrzeugs Energie ausgetauscht wird.
Dabei kann ein sogenannter angerissener Start in Verbindung mit einer Direkteinspritzung in eine üblicherweise als Zylinder ausgebildete Brennkammer durchgeführt werden.
Bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird je nach aktueller Stellung der Zylinder des Verbrennungsmotors ein Zylinder als Zielzylinder bestimmt, der sich in einem Kompressionstakt befindet, und in den Zielzylinder über eine bspw. als Direkteinspritzung ausgeführte Einspritzung Kraftstoff eingespritzt. In diesem Fall kann der Verbrennungsmotor als Otto-Direkteinspritzer oder Dieselmotor ausgebildet sein. Bei dieser ersten Ausführungsform wird außerdem die Kupplung geschlossen und ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in dem Zielzylinder gezündet, worauf eine erste Verbrennung erfolgt.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird je nach aktueller Stellung der Zylinder eines bspw. als Otto-Direkteinspritzer ausgebildeten Verbrennungsmotors ein Zylinder als Zielzylinder bestimmt, der sich in einem Expansionstakt befindet. Eine Einspritzung von Kraftstoff in den Zielzylinder wird durchgeführt, während sich dieser noch im Expansionstakt befindet. Außerdem erfolgt in dem Zielzylinder die Zündung und eine Verbrennung. Ergänzend wird die Kupplung geschlossen. Hier kann zuerst die Zündung erfolgen und danach ein Schließen der Kupplung vorgenommen werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Zündung erfolgt und zeitgleich das Schließen der Kupplung vorgenommen wird.
In einer weiteren, dritten Ausführungsform des Verfahrens wird als Zielzylinder für die erste Einspritzung jener Zylinder bestimmt, der sich im Saugtakt befindet. Alternativ kann auch ein vorgelagerter Zylinder bestimmt werden, der sich kurz vor dem Saugtakt befindet. Dann wird die Kupplung bei einem eingelegten Gang geschlossen, der bestimmte Zielzylinder in Richtung eines unteren Totpunkts angedreht und Kraftstoff in den Zielzylinder eingespritzt. Danach erfolgt im Zielzylinder eine Zündung und erste Verbrennung, wenn sich der Zielzylinder im nächsten oberen Totpunkt befindet. Diese dritte Ausführungsform ist bspw. für einen als Saugrohreinspritzer ausgebildeten Verbrennungsmotor vorgesehen.
Bei einer vierten Ausführungsform wird der Direktstart aus dem Segelbetrieb bereits bei einem Auslaufen des Verbrennungsmotors vor dem Segelbetrieb vorbereitet. Beim Auslaufen des Verbrennungsmotors, der bspw. als Saugrohreinspritzer mit Kraftstoff-Vorlagerung ausgebildet sein kann, wird vor dem Segelbetrieb ein Arbeitstakt ausgewählt und ein Zielzylinder bestimmt, der sich im Kompressions- oder Saugtakt befindet, und in diesen Kraftstoff eingespritzt, wobei Einlassventile des Zielzylinders geschlossen sind. Ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff ist während des Segelbetriebs im Zielzylinder eingeschlossen. Erst zum Starten aus dem Segelbetrieb wird die Kupplung geschlossen und der Zielzylinder über einen oberen Totpunkt gedreht, worauf eine Zündung des Gemisches und dessen erste Verbrennung erfolgt.
Bei allen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Verbrennung von gezündetem Kraftstoff sowie ein Schließen der Kupplung stattfindet, wobei eine Reihenfolge dieser beiden Maßnahmen von einer jeweiligen Ausführungsform des Verfahrens abhängig ist. Bei dem Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors wird sowohl Energie aus der Verbrennung als auch Energie, die durch die zum Starten geschlossene Kupplung bereitgestellt wird, verwendet. Somit wird die zum Starten benötigte Startenergie durch die Verbrennung und durch das Getriebe über die geschlossene Kupplung erzeugt, wobei in der Regel eine erste Verbrennung nach dem Segelbetrieb herbeigeführt wird.
Bei einem als Saugrohreinspritzer ausgebildeten Verbrennungsmotor, bei dem während eines Auslaufs des Verbrennungsmotors keine Einspritzung erfolgt, wird der Verbrennungsmotors zum Starten zunächst mit der Kupplung angedreht, dann kann die Verbrennung erfolgen. Bei einem als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor ist in ähnlicher Weise vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor durch die Kupplung angedreht wird und danach die Verbrennung erfolgt.
Bei einem als Direkteinspritzer oder Saugrohreinspritzer mit Kraftstoffvorlagerung ausgebildeten Verbrennungsmotor kann auch bei einem noch stehenden Verbrennungsmotor eine Verbrennung erfolgen. Danach wird der Verbrennungsmotor durch die zu schließende Kupplung angedreht. Es ist jedoch auch möglich, dass zuerst die Kupplung geschlossen wird und danach eine Zündung erfolgt. Es ist ebenfalls möglich, dass die Kupplung zur gleichen Zeit geschlossen wird, zu der eine Verbrennung und/oder Zündung erfolgt.
Außerdem wird bei allen Ausführungsformen die Kupplung nach einem Andrehen des Verbrennungsmotors über die geschlossene Kupplung und nach einem Einleiten einer ersten, zweiten oder dritten Verbrennung durch eine Einspritzung und/oder Zündung wieder geöffnet, während der Verbrennungsmotor eigenständig hochläuft. Dies ist bspw. so lange der Fall, bis der Verbrennungsmotor eine Solldrehzahl erreicht hat, bis für einen Gradienten der Drehzahl ein definierter Wert vorliegt und/oder bis zum Ablauf eines definierten Zeitintervalls. Die Kupplung kann zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs wieder geschlossen werden, nach dem ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors einen bestimmten Wert, bspw. eine Drehzahl eine Zieldrehzahl, erreicht hat. Das Verfahren kann für Verbrennungsmotoren mit Saurohreinspritzung, Direkteinspritzung und/oder Verbrennungsmotoren, die mit Diesel betrieben werden, durchgeführt werden.
Der Start des Verbrennungsmotors aus dem Segelbetrieb heraus kann durch eine der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden, wobei der Start durch einen Startwunsch, bspw. einen Fahrerwunsch, eingeleitet werden kann. Üblicherweise kann nach dem Startwunsch der Arbeitstakt ausgewählt und/oder der Zielzylinder bestimmt werden. Der Startvorgang kann durch Bestimmen des Zielzylinders bereits beim Auslaufen des Verbrennungsmotors vorbereitet werden. Der eigentliche Start wird zur Beendigung des Segelbetriebs eingeleitet. Welche Ausführungsform durchgeführt wird, hängt von der Art des Verbrennungsmotors, bspw. Otto- oder Dieselmotor, und demnach von der Art einer durchzuführenden Einspritzung ab.
Dabei wird in der Regel nur ein Teil der zum Starten des Verbrennungsmotors erforderlichen Energie und nicht die komplette Energie für den Start aus der Bewegungsenergie des sich im Segelbetrieb befindlichen Kraftfahrzeugs verwendet. In Ausgestaltung des Verfahrens ist lediglich ein Anstoßen des Verbrennungsmotors notwendig, der danach eigenständig hochläuft. Die zum Starten des Verbrennungsmotors erforderliche Energie wird somit aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs sowie aus chemischer Energie aus der ersten Verbrennung in dem Zielzylinder und ggf. weiteren Verbrennungen in Zylindern, die dem Zielzylinder folgen, gewonnen. Bei dem Verfahren wird der Verbrennungsmotor über die geschlossene Kupplung angedreht. Durch die Einspritzung und die Zündung ist es möglich, ein über die Kupplung bereitzustellendes Drehmoment zu reduzieren.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs im Segelbetrieb statt mit einer konventionellen Starteranlage mit der Kupplung eines automatischen Getriebes (AT, CVT, DCT, AMT) oder mittels einer automatisierten Kupplung in Verbindung mit einem Handschaltgetriebe durch einen Kupplungsstart üblicherweise direkt zu starten.
Dadurch ergibt sich bei einer Realisierung der Erfindung eine Reduzierung der Belastung einer mechanischen Starteranlage mit einem konventionellen, bürstenkommutierten Starter durch Minimierung der Anzahl durchzuführender Starts im Segelbetrieb. Außerdem kann das störende Startergeräusch bei häufigen Starts vermieden werden. Weiterhin können Zusatzmaßnahmen, wie ein Servicekonzept oder ein Einsatz alternativer Starteranlagen, bspw. eines Riemenstarter-Generators, und daraus resultierende Mehrkosten vermieden werden. Desweiteren werden Spannungseinbrüche während des Startvorgangs vermieden, was wiederum Anforderungen an das Bordnetz reduziert.
Eine bekannte Startmethode umfasst einen sogenannten Kupplungs-Schlupfstart. Dabei zieht die definiert schlupfend schließende Kupplung den Verbrennungsmotor auf eine geeignete Drehzahl. Hierbei wird jedoch die komplette Energie für den Start aus der Bewegungsenergie des Kraftahrzeugs entnommen, was zu einer ggf. spürbaren Verzögerung führen und als unkomfortabel empfunden werden kann.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann dies vermieden werden, da mit diesem ein als angerissener Direktstart und/oder als kupplungsunterstützter Direktstart ausgebildeter Kupplungsstart durchgeführt werden kann. Bei dem angerissenen Direktstart kann die Kupplung, die in der Regel von einem Steuergerät gesteuert wird, pulsartig geschlossen werden, bis der Verbrennungsmotor mitgerissen wird. Durch Öffnen der Kupplung auf einen hierfür geeigneten Wert kann der Verbrennungsmotor selbständig hochlaufen. Somit ist ein komfortabler, ruckfreier, leiser und schneller Start möglich.
Der vorgesehene kupplungsunterstützte Direktstart bei einem segelfähigen Kraftfahrzeug kann ersten Messungen zufolge bei Geschwindigkeiten größer 30 km/h durchgeführt werden. Es ist davon auszugehen, dass eine untere Geschwindigkeitsschwelle existiert, bei der der kupplungsunterstützte Direktstart nicht mehr komfortabel ist. Durch die Verwendung des Kupplungsstarts ist eine Reduzierung der Belastung des Starters um ca. 33 % möglich.
Der Segelbetrieb kann auch bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen, die lediglich einen Verbrennungsmotor als einziges Antriebsaggregat aufweisen, durchgeführt werden. Weiterhin ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für Hybridfahrzeuge, sondern auch für die genannten herkömmlichen Fahrzeuge durchgeführt wird, da diese die hierfür erforderlichen Komponenten eines Antriebsstrangs aufweisen. Durch ein entsprechendes Bedienkonzept springt der Verbrennungsmotor aus dem Segelbetrieb automatisch an. Der im Segelbetrieb abgestellte Motor wird erfindungsgemäß unter Ausnutzung zumindest eines Teils der kinetischen Energie des im Segelbetrieb rollenden Kraftfahrzeugs ohne Ruckeln und ohne Verwendung der Starteranlage gestartet.
Es wird in einer Ausgestaltung der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, dass über geeignet gewählte Schritte des Verfahrens eine gezielte Positionierung des Verbrennungsmotors, d. h. eine Abstellposition der Kolben bezüglich mindestens eines oberen Totpunkts des für den Start relevanten Zielzylinders, ebenfalls vorgesehen sein kann, um die Reproduzierbarkeit des Startverhaltens zu verbessern. Demnach können die Kolben auch bezüglich mehrerer oberer Totpunkte gezielt positioniert werden. Je nach Abstellposition, die nach dem Startwunsch vorliegt, und je nach Art einer Einspritzanlage des Verbrennungsmotors und/oder je nach Art eines durchzuführenden Verbrennungsverfahrens kann der Verbrennungsmotor durch eine der Ausführungsformen des Verfahrens gestartet werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 zeigt ein Diagramm zur Definition eines Segelbetriebs für ein Beispielfahrzeug.
2 zeigt in schematischer Darstellung Zylinder eines Verbrennungsmotors bei Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt Diagramme zu der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt in schematischer Darstellung Zylinder eines Verbrennungsmotors bei Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 zeigt Diagramme zu der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6 zeigt in schematischer Darstellung Zylinder eines Verbrennungsmotors bei Durchführung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
7 zeigt Diagramme zu der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
8 zeigt in schematischer Darstellung Zylinder eines Verbrennungsmotors bei Durchführung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
9 zeigt Diagramme zu der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
10 zeigt ein Flussdiagramm zu einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
11 zeigt Diagramme zu der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
12 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Ein Segelbetrieb für ein Beispielfahrzeug wird nachfolgend anhand des Diagramms aus 1 erläutert. Bei dem Segelbetrieb ist vorgesehen, dass das Beispielfahrzeug bei getrenntem Antriebsstrang rollt. Dabei befindet sich ein Verbrennungsmotor des Beispielfahrzeugs im Leerlauf. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Unabhängig davon, ob sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet oder ausgeschaltet ist, zeichnet sich der Segelbetrieb dadurch aus, dass sich der Verbrennungsmotor bei rollendem Beispielfahrzeug in einem Betriebszustand befindet, in dem kein Kraftstoff verbraucht wird.
In 1 sind in dem Diagramm unterschiedliche Rolldistanzen in Abhängigkeit des Fahrzustands des Beispielfahrzeugs gezeigt. An einer Ordinate 10 ist dabei die Fahrgeschwindigkeit in km/h und an einer Abszisse 12 eine Rolldistanz in Prozent bezüglich eines Rollens im 3. Gang mit Schubabschaltung aufgetragen. Ausgehend von einer Geschwindigkeit von 100 km/h sind ein erster Verlauf 14 bei einer Schubabschaltung im 3. Gang, ein zweiter Verlauf 16 bei einer Schubabschaltung im 6. Gang und ein dritter Verlauf 18 beim Segeln gezeigt.
In der Darstellung verdeutlicht ein erster Pfeil 20, dass die Rolldistanz bei der Schubabschaltung im 3. Gang 100 % beträgt, ein zweiter Pfeil 22, dass die Rolldistanz bei Schubabschaltung im 6. Gang 200 % beträgt, und ein dritter Pfeil 24, dass die Rolldistanz beim Segeln 425 % beträgt. Demnach können beim Betreiben des Beispielfahrzeugs im Segelbetrieb Schleppverluste des Verbrennungsmotors vermieden werden.
Um den Segelbetrieb durchführen zu können, muss ein Kraftfahrzeug diverse Anforderungen erfüllen. Falls das Kraftfahrzeug als sogenanntes Hybridfahrzeug ausgebildet ist, ist es erforderlich, dass zum sicheren Betrieb eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs ein redundanter Energiespeicher oder eine entsprechende redundante Energiequelle vorhanden ist. Außerdem sind diverse Nebenaggregate, bspw. ein Modul zur Überwachung eines Bremsdrucks, eine elektrische Vakuumpumpe, eine Tankentlüftung, eine elektrische Ölpumpe und/oder ein Hydraulikspeicher an den Segelbetrieb anzupassen. Dasselbe gilt für eine Starteranlage des Kraftfahrzeugs, so dass eine möglichst geringe Startzeit bei dennoch hohem Startkomfort erreichbar ist. Allerdings ist auch zu berücksichtigen, dass durch den Segelbetrieb die Starteranlage nicht zu sehr belastet wird, so dass diese eine lange Lebensdauer erreichen kann. Ein Steuergerät (ECU) sollte dazu geeignet sein, Diagnosen und Adaptionen auch ohne Leerlauf- und Schubphasen durchzuführen. Außerdem ist bspw. bei einem als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeug zu beachten, wie sich der Segelbetrieb auf die Rekuperation (Energierückführung) auswirkt.
Üblicherweise ist der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs bei einem Segelbetrieb nach einem Stopp des Verbrennungsmotors, wobei die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wesentlich größer als 0 km/h ist, im Vergleich zu einem reinen Start-Stopp-Betrieb, wobei das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit von maximal 3 bis 5 km/h aufweist, ca. zwei- bis dreimal häufiger zu starten.
2 zeigt in schematischer Darstellung einen ersten Zylinder 30, einen zweiten Zylinder 32, einen dritten Zylinder 34, einen vierten Zylinder 36 sowie eine Kurbelwelle 40 eines Verbrennungsmotors in einer Betriebssituation, bei der sich die vier Zylinder 30, 32, 34, 36 in unterschiedlichen Arbeitstakten befinden.
In 2 sind auch die Arbeitstakte der Zylinder 30, 32, 34, 36 zu einem Zeitpunkt dargestellt. Dabei befindet sich der erste Zylinder 30 in einem Expansionstakt 44, der zweite Zylinder 32 in einem Ausstoßtakt 46, der dritte Zylinder 34 in einem Kompressionstakt 48 und der vierte Zylinder 36 in einem Saugtakt 50. Die Kurbelwelle 40 befindet sich während des Expansionstakts 44 und des Saugtakts 50 in einem oberen Totpunkt (OT). Die Zylinder 30, 32, 34, 36 durchlaufen die Arbeitstakte bei einem herkömmlichen Betrieb des Verbrennungsmotors regelmäßig nacheinander.
Zur Erläuterung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben den 2a und 2b auch auf 3 verwiesen, in der ein Antriebsaggregat 52 eines Kraftfahrzeugs 54 mit einem Verbrennungsmotor 56, einer Kupplung 58 und einem Getriebe 60 in einer ersten Betriebssituation, bei der die zwischen dem Verbrennungsmotor 56 und dem Getriebe 60 angeordnete Kupplung 58 und somit ein Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 54 geöffnet ist, sowie in einer zweiten Betriebssituation, bei der die Kupplung 58 und somit der Antriebsstrang geschlossen ist, bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Die vier Zylinder 30, 32, 34, 36 des Verbrennungsmotors 56 aus 3 sind in den 2a und 2b detailliert dargestellt.
Außerdem umfasst 3 ein erstes Diagramm mit einer Abszisse 62, entlang der die Zeit aufgetragen ist sowie eine Ordinate 64, entlang der eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 56 aufgetragen ist. Eine Kurve 84 in dem ersten Diagramm aus 3 verdeutlicht den Verlauf der Drehzahl.
Ein Flussdiagramm aus 3 umfasst hier fünf Symbole, die einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichen und die auch in den 2a und 2b dargestellt sind. Ein drittes Diagramm aus 3 zeigt eine Kurve 66 für einen Verlauf eines Signals eines Drehzahlgebers des Verbrennungsmotors 56. Außerdem umfasst 3 ein drittes Diagramm, bei dem entlang der Abszisse 62 die Zeit und entlang einer Ordinate 68 eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 54 in km/h aufgetragen ist.
Wie bereits erwähnt, wird zur Beschreibung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Symbole aus den 2a, 2b und 3 verwiesen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch den Verbrennungsmotor 56 eine Direkteinspritzung durchgeführt. Bei einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt nach einem Startwunsch ein Bestimmen 70 des Zielzylinders, bei dem es sich hier um den dritten Zylinder 34 handelt.
Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Zielzylinder, der sich im Kompressionstakt 48 befindet, zum Starten des Verbrennungsmotors 56 eine erste Einspritzung 72 während des Kompressionstakts 48 durchgeführt wird. Zum Bestimmen 70 des Zielzylinders wird bspw. durch ein Steuergerät eine auch als Auslaufposition bezeichnete Position sämtlicher Zylinder 30, 32, 34, 36 des Verbrennungsmotors 56 ermittelt.
Bei dem hier vorgesehenen Bestimmen 70 des Zielzylinders kann der Zylinder 30, 32, 34, 36 bestimmt werden, der sich zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kupplung 58 zwischen dem Verbrennungsmotor 56 und dem Getriebe 60 im Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs 54, in der Regel nach einem Startwunsch, zu schließen ist, im Kompressionstakt 48 befindet.
Zur Durchführung der Einspritzung 72 werden Verbrennungsparameter, bspw. eine Ansteuerdauer eines Einspritzventils, durch die Startposition des hier als Zielzylinder bestimmten dritten Zylinders 34, der im Rahmen des Verfahrens für den durchzuführenden Direktstart relevant ist, festgelegt.
In einem dritten Schritt, sobald der Zielzylinder bestimmt ist und die Einspritzung 72 während eines Kompressionstakts 48 durchgeführt ist, wird ein üblicherweise automatisches Schließen 74 der Kupplung 58 durchgeführt. Hierbei kann es sich um einen der ersten Kompressionstakte 48, bspw. den ersten, zweiten oder dritten Kompressionstakt 48, handeln. Es ist vorgesehen, dass das Schließen 74 der Kupplung 58 bei einem eingelegten Gang durchgeführt wird, wenn sich der Zielzylinder, d. h. der dritte Zylinder 34, über einen der ersten oberen Totpunkte des ersten Zylinders 30 gedreht hat, bspw. den ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt.
In einem vierten Schritt wird danach eine Zündung 76 innerhalb des Zielzylinders sowie eine erste Verbrennung 78 eines in dem Zielzylinder gezündeten Luft-Kraftstoff-Gemisches durchgeführt. Die in dem vierten Schritt durchzuführende Zündung 76 und die daraus resultierende erste Verbrennung 78 in dem Zielzylinder ist für einen eigenständigen Hochlauf der Drehzahl des Verbrennungsmotors 56 ausreichend.
Noch während des vierten Schritts kann die Kupplung 58 leicht geöffnet werden, sobald der Verbrennungsmotor 56 eigenständig hochläuft. Dies ist nach einem definierten Zeitintervall, nachdem der Verbrennungsmotor 56 eine Solldrehzahl und/oder wenn ein Gradient der Drehzahl einen definierten Wert erreicht hat, der Fall. Durch diese Maßnahme kann eine Rückwirkung des durchgeführten Starts, die sich bspw. durch einen Ruck oder einen Drehmomentsprung bemerkbar macht, auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 54 minimiert werden.
In einem fünften Schritt, der bei nunmehr wieder gestartetem und somit bereits laufendem Verbrennungsmotor 56 durchgeführt wird, erfolgt ein erneutes Schlie-ßen 80 der Kupplung 58, sobald der Verbrennungsmotor 56 eine definierte Zieldrehzahl 82 erreicht hat.
Unter Berücksichtigung der Kurve 66 des Signals des Drehzahlgebers in dem zweiten Diagramm aus 3 wird ein Betriebsablauf des Kraftfahrzeugs 54 verdeutlicht. Dabei ist für das Kraftfahrzeug 54 zunächst ein Auslaufen 86 des Verbrennungsmotors 56 vorgesehen, bei dem sich die Drehzahl des Kraftfahrzeugs 54 allmählich reduziert. Wie eine Kurve 88 in dem dritten Diagramm von 3 zeigt, wird begleitend hierzu auch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 54 reduziert. Auf das Auslaufen 86 folgt eine Auspendelphase 90 des Verbrennungsmotors 56. Danach ist der Verbrennungsmotor 56 ausgeschaltet und befindet sich im Stillstand 92 oder im Leerlauf. Da das Kraftfahrzeug 54 während des Stillstands 92 oder des Leerlaufs weiterhin rollt, liegt für das Kraftfahrzeug 54 somit der Segelbetrieb vor, bei dem durch den Verbrennungsmotor 56 keine Verbrennung durchgeführt und demnach keine Energie verbraucht wird.
Gegen Ende des Stillstands 92 des Verbrennungsmotors 56 und somit auch gegen Ende des Segelbetriebs erfolgt üblicherweise auf einen Startwunsch hin das Bestimmen 70 des Zielzylinders. Unmittelbar darauf erfolgt eine erste Einspritzung 72 für den Zielzylinder, womit auch ein Startvorgang 94 für den Verbrennungsmotor 56 des Kraftfahrzeugs 54 ausgehend von dem Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs 54 beginnt. Der Startvorgang 94 umfasst das Schließen 74 der Kupplung, die Zündung 76 des Gemisches aus Luft und Kraftstoff in dem Zielzylinder, die erste Verbrennung 78 des Gemisches in dem Zielzylinder, die sich durch ein erstes Maximum 96 in der Kurve 84 für die Drehzahl nach der Zündung 76 bemerkbar macht, sowie das erneute Schließen 80 der Kupplung 58, sobald die Zieldrehzahl 82 erreicht ist.
Die nachfolgenden 4, 6 und 8 beruhen auf 2. Außerdem beruhen die nachfolgenden 5, 7 und 9 auf 3. Die genannten nachfolgenden Figuren werden zur Erläuterung der weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der 4 und 5 beschrieben, wobei 4a aus 2a, 4b aus 2b und 5 aus 3 hervorgeht. Komponenten, Betriebsparameter und dergleichen, die in den genannten Figuren gleich sind, weisen für beide Ausführungsformen der Erfindung dieselben Bezugsziffern auf.
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die einzelnen durchzuführenden Schritte, die in der 4 und in dem Flussdiagramm auch 5 durch Symbole dargestellt sind.
Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ebenfalls ein Bestimmen 170 des Zielzylinders, bei dem es sich hier um den ersten Zylinder 30 handelt, der sich im Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs 54 nach einem Startwunsch im Expansionstakt 44 befindet. Zum Bestimmen 170 des Zielzylinders wird ebenfalls eine Auslaufposition sämtlicher Zylinder 30, 32, 34, 36 des Verbrennungsmotors 56 ermittelt.
Weiterhin wird für den ersten Zylinder 30 und somit Zielzylinder, der sich in einem der ersten Expansionstakte 44, bspw. dem ersten, zweiten oder dritten Expansionstakt, befindet, eine Einspritzung 172 von Kraftstoff vorgenommen, wobei die Verbrennungsparameter des für den Direktstart relevanten Zielzylinders festgelegt sind.
In einem dritten Schritt erfolgt nun nach der Einspritzung 172 innerhalb des Zielzylinders eine Zündung 174 eines darin befindlichen Luft-Kraftstoff-Gemisches sowie die daraus resultierende erste Verbrennung 176. Diese erste Verbrennung 176 kann bereits dafür ausreichend sein, um den Zielzylinder und/oder die Kurbelwelle 40 über einen der ersten oberen Totpunkte, bspw. den ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt, zu drehen.
Danach wird bei einem eingelegten Gang ein in der Regel automatisches Schlie-ßen 178 der Kupplung 58 durchgeführt und der Zielzylinder weiter über den vorgesehenen oberen Totpunkt gedreht, falls die erste Verbrennung 176 hierfür nicht ausreichend war.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein eigenständiger Hochlauf 180 der Drehzahl des Verbrennungsmotors 56, wobei die Kupplung 58 üblicherweise automatisch wieder geöffnet wird, sobald der Verbrennungsmotor 56 eine Solldrehzahl und/oder ein Gradient der Drehzahl einen Sollwert erreicht hat.
In einem abschließenden Schritt wird für den gestarteten Verbrennungsmotor 56 bei Erreichen einer definierten Zieldrehzahl 82 ein erneutes Schließen 182 der Kupplung 58 durchgeführt.
Bezüglich der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird auch auf die Kurve 84 für die Drehzahl und die Kurve 66 des Signals des Drehzahlgebers in 5 verwiesen. Dabei erfolgt nach dem Stillstand 92 des Verbrennungsmotors 56 im Segelbetrieb beim Startvorgang 94 die erste Verbrennung 176, wenn die Drehzahl ein erstes Maximum 96 erreicht hat. Weiterhin wird der Zielzylinder durch das Schließen 178 der Kupplung 58 über den vorgesehenen oberen Totpunkt 184 gedreht.
Durch die zweite Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich, dass sich der Start noch geringer auf den restlichen Antriebsstrang, bspw. das Getriebe 60, des Kraftfahrzeugs 54 auswirkt, als es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.
Die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der 6 und 7 beschrieben. Hierbei beruht 6 auf 2 bzw. 4 und 7 auf 3 bzw. 5. Komponenten, Betriebsparameter und dergleichen, die in den genannten Figuren gleich sind, weisen für die Ausführungsformen der Erfindung dieselben Bezugsziffern auf. Die einzelnen Schritte der dritten Ausführungsform des Verfahrens sind in den 6 und 7 durch Symbole dargestellt.
Hier wird zum Bestimmen 270 des Zielzylinders der sich im Saugtakt 50 befindliche vierte Zylinder 36 bestimmt. Alternativ kann auch ein vorgelagerter Zylinder 30, 32, 34 bestimmt werden, kurz bevor sich dieser vorgelagerte Zylinder 30, 32, 34 im Saugtakt 50 befindet. Das Bestimmen 270 erfolgt unter Berücksichtigung der bekannten Auslaufposition der Zylinder 30, 32, 34, 36. Danach wird eine Festlegung 272 der Verbrennungsparameter des für den Direktstart relevanten Zielzylinders vorgenommen.
In einem weiteren Schritt wird bei eingelegtem Gang ein Schließen 274 der Kupplung 58 vorgenommen und der bestimmte Zielzylinder in Richtung eines unteren Totpunkts 276 angedreht. Eine Einspritzung von Kraftstoff in den Zielzylinder erfolgt zeitnah zum Erreichen des unteren Totpunkts 276, entweder davor, währenddessen oder danach.
Eine Zündung 278 und eine erste Verbrennung 280 des Gemisches innerhalb des Zielzylinders erfolgt, wenn dieser den nächsten oberen Totpunkt 282, bspw. den ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt 282, erreicht. Danach wird ein eigenständiger Hochlauf 284 des Verbrennungsmotors 52 vorgenommen, wobei die Kupplung 58 wieder geöffnet wird. Ein erneutes Schließen 286 der Kupplung 58 wird vorgenommen, wenn ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 52 einen bestimmten Wert, hier eine Zieldrehzahl 288, erreicht hat.
Somit ist mit der dritten Ausführungsform ein kupplungsunterstützter Direktstart für einen Verbrennungsmotor 56 mit Saugrohreinspritzung aber auch mit Direkteinspritzung durchführbar. Die Einspritzung wird nach dem Schließen 274 der Kupplung 58 vorgenommen, wenn sich der Zielzylinder im Saugtakt befindet. Die Einspritzung kann auch dann durchgeführt werden, wenn sich der Zielzylinder nach einer Bewegung der Kurbelwelle 40 im Expansionstakt 44, im Ausstoßtakt 46 oder im Kompressionstakt 48 und demnach beim Startvorgang 94 vor dem Saugtakt 50 befindet.
Es ist auch möglich, auf einen schnellen Startvorgang durch die vorherige Bestimmung des Zielzylinders zu verzichten. In diesem Fall wird, wie bei einem normalen Start, abgewartet, bis eine Synchronisierung der Zylinder 30, 32, 34, 36 bei einem der ersten oberen Totpunkte, bspw. dem ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt, erfolgt und ein Schließen 274 der Kupplung 58 sowie eine Einspritzung für den nächstmöglichen Zylinder 30, 32, 34, 36 durchgeführt wird.
Die vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von 8, die aus einer der 2, 4 bzw. 6 hervorgeht, und anhand von 9, die aus einer der 3, 5 bzw. 7 hervorgeht, beschrieben. Komponenten, Betriebsparameter und dergleichen, die in den genannten Figuren gleich sind, weisen dieselben Bezugsziffern auf. Einzelne durchzuführende Schritte der vierten Ausführungsform des Verfahrens sind in 8 und in dem Flussdiagramm aus 9 durch Symbole dargestellt.
Bei der vierten Ausführungsform wird ein Bestimmen 370 eines Zielzylinders für eine letzte Einspritzung bereits vor einem Motorstillstand 92 in der Auspendelphase 90 des Verbrennungsmotors 56 vorgenommen, wobei der Zielzylinder bspw. durch eine Auslaufprädiktion bestimmt wird.
Danach wird eine Festlegung 372 der Verbrennungsparameter der für den Direktstart relevanten Zielzylinder vorgenommen. Dabei sind die Verbrennungsparameter durch die Auslaufposition, die der Startposition des für den Direktstart relevanten Zielzylinders entspricht, festgelegt. Eine Einspritzung 374 wird vorgenommen, wenn sich der Zielzylinder ausgehend vom Kompressionstakt 48 nach einer Bewegung der Kurbelwelle 40 und bei geschlossenen Einlassventilen im Saugtakt 50 befindet. Hierzu ist die Kurbelwelle 40 über geeignete Verfahren zu positionieren. Alternativ kann die Einspritzung 374 auch im darauffolgenden Kompressionstakt 48 vorgenommen werden, wenn der Zielzylinder, wie in 8b gezeigt, im Kompressionstakt 48 stehenbleibt.
Während des Motorstillstands 92 bleibt das Gemisch aus Luft und Kraftstoff in dem Zielzylinder eingeschlossen (Pfeil 376 in 8b und 9). Bei einem nächsten Startvorgang 94 aus dem Segelbetrieb wird ein Schließen 378 der Kupplung 58 vorgenommen und der Zielzylinder über einen oberen Totpunkt 380, bspw. den ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt 380, gedreht. Darauf folgt eine Zündung 382 und eine erste Verbrennung 384, gefolgt von einem eigenständigen Hochlauf 386 der Drehzahl, wobei die Kupplung 58 wieder geöffnet wird. Ein erneutes Schließen 388 der Kupplung 58 wird vorgenommen, wenn für den Verbrennungsmotor 52 ein bestimmter Betriebsparameter, bspw. eine Zieldrehzahl 390, erreicht ist.
Bei der vierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Start aus dem Segelbetrieb bereits beim Abstellen des Verbrennungsmotors in einem Auslaufvorgang, bevor sich dieser im Segelbetrieb befindet, vorbereitet wird. Die Einspritzung 374 kann vorgenommen werden, wenn sich der bestimmte Zielzylinder im Saugtakt 50 befindet oder wenn sich der Zielzylinder alternativ im Expansionstakt 44, im Ausstoßtakt 46 oder im Kompressionstakt 48 befindet. Auch bei diesen alternativen Varianten ist vorgesehen, dass die Einspritzung 374 während der Auspendelphase 90 durchgeführt wird. Während des Motorstillstands 92 im Segelbetrieb bleibt das eingespritzte Gemisch im Zielzylinder eingeschlossen. Der Startvorgang 94 aus dem Segelbetrieb wird durch das Schließen 378 der Kupplung 58 initiiert, worauf die Zündung 386 erfolgt.
Das Flussdiagramm aus 10 zeigt Schritte einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die hierzu zugehörigen Diagramme aus 11 verweisen auf die Schritte der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beide Diagramme aus 11 umfassen eine Abszisse 100, entlang der die Zeit in Sekunden aufgetragen ist. Entlang der Ordinaten 102, 104 der beiden Diagramme sind Werte für diverse Betriebsparameter eines Kraftfahrzeugs bei Durchführung der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgetragen. Eine erste Kurve 114 in dem ersten Diagramm aus 11 verdeutlicht einen Verlauf einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors in Umdrehungen pro Minute. Eine zweite Kurve 116 des ersten Diagramms aus 11 deutet einen Zustand der Kupplung 110 an.
Außerdem sind in dem Flussdiagramm aus 10 Bedienelemente, d. h. ein erstes, als Gaspedal 106 ausgebildetes Bedienelement sowie ein zweites Bedienelement, hier ein Kupplungspedal 108, schematisch dargestellt. Weiterhin zeigt das Flussdiagramm aus 10 eine Kupplung 110 sowie ein Symbol für einen Startabwurf 112.
Wie das Flussdiagramm aus 10 zeigt, werden das Gaspedal 106 und das Kupplungspedal 108 zur Durchführung eines Segelbetriebs 120 deaktiviert. Dies bedeutet, dass das Gaspedal 106 und das Kupplungspedal 108 nicht betätigt, üblicherweise nicht getreten, werden. In dem Segelbetrieb 120 mit abgestelltem Verbrennungsmotor rollt das Kraftfahrzeug, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors und ein von dem Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment null sind.
Ein Fahrerwunsch 122 als Startwunsch zur Beendigung des Segelbetriebs 120 und somit zum Starten des Verbrennungsmotors wird z. B. durch Betätigung des Gaspedals 106 initiiert.
Dann erfolgt ein Bestimmen des als Zielzylinder vorgesehenen Zylinders, der sich bspw. in der ersten Ausführungsform der Erfindung (2 und 3) im Kompressionstakt befindet. Sobald während des Kompressionstakts für den Zielzylinder eine Einspritzung erfolgt ist, wie bereits durch die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens angedeutet, erfolgt auch hier ein Schließen 124 der Kupplung 110, wodurch der Verbrennungsmotor angedreht wird. Falls das Bestimmen des Zielzylinders, die Einspritzung während des Kompressionstakts und das Schließen 124 der Kupplung 110 erfolgt ist, ist eine Bedingung für einen Direktstart 126 unter Durchführung des Startabwurfs 112 erfüllt. Bei dem Direktstart 126 (erste Kurve 128 des zweiten Diagramms aus 3) des Verbrennungsmotors mit dem Startabwurf 112, wie durch eine erste Kurve in dem zweiten Diagramm aus 11 dargestellt ist, erfolgt in dem Zielzylinder eine erste Verbrennung 130 sowie ein weiterer Anstieg der Drehzahl.
In einem weiteren Schritt wird ein Öffnen 132 der Kupplung 110 durchgeführt, sobald der Verbrennungsmotor selbständig hochläuft. Ein Ende 134 des Startvorgangs ist in dem zweiten Diagramm aus 11 durch eine zweite Kurve 136 verdeutlicht. In einem weiteren Schritt erfolgt ein erneutes Schließen 138 der Kupplung 110, worauf das Kraftfahrzeug beschleunigt wird.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch Überwachung der Drehzahl und bspw. durch Überprüfung eines Gradienten der Drehzahl ermittelt werden, ob ein erstes Maximum und/oder eine Schwelle der Drehzahl erreicht ist oder sind. Dadurch kann nachgewiesen werden, ob die erste Verbrennung 130 stattgefunden hat und ein ausreichendes Drehmoment erzeugt wurde, damit der Verbrennungsmotor ohne weitere Unterstützung hochlaufen kann. Dann kann zur Durchführung des Direktstarts 126 der Startabwurf 112 sowie das Öffnen 132 der Kupplung 110 durchgeführt werden. Ein Zeitpunkt zum erneuten Schließen 138 der Kupplung 110 und somit zu einem Einkuppeln kann bspw. bei einem Überschreiten einer Drehzahlschwelle und/oder unter Berücksichtigung von Werten mindestens eines weiteren Betriebsparameters, bspw. der Zeit, eines Zeitintervalls oder eines Drehzahlgradienten, bestimmt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das in der 10 dargestellte Flussdiagramm auch zur Beschreibung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie anhand der 4 und 5 dargestellt, verwendet werden. Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, genauso wie bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, nach dem Fahrerwunsch 122 ein Zielzylinder bestimmt, wobei bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist, das als zu bestimmender Zielzylinder jener Zylinder des Verbrennungsmotors bestimmt wird, der sich im Expansionstakt befindet. Für den sich im Expansionstakt befindlichen Zielzylinder wird weiterhin eine Einspritzung von Kraftstoff durchgeführt. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Zündung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft innerhalb des Zielzylinders sowie eine erste Verbrennung noch vor dem Schließen 124 der Kupplung 110 durchgeführt. Danach kann auch bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Direktstart 126, das Öffnen 132 der Kupplung 110 sowie ein erneutes Schließen 138 der Kupplung 110 durchgeführt werden.
Entsprechend kann die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (6 und 7) auch anhand des Flussdiagramms aus 10 beschrieben werden. Hier ist im Unterschied zu der ersten und der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass sich der nach dem Fahrerwunsch 122 zu bestimmende Zielzylinder im Saugtakt befindet. Außerdem wird ein Schließen 124 der Kupplung noch vor einem Einspritzen eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft innerhalb des Zielzylinders durchgeführt, worauf ein Direktstart 126, ein Öffnen 132 der Kupplung sowie ein erneutes Schlie-ßen 138 der Kupplung 110 durchgeführt wird.
In 12 sind eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 140, die hier ein Steuergerät 142 umfasst, sowie diverse Komponenten eines Kraftfahrzeugs 144 schematisch dargestellt. Dabei zeigt 12 einen Verbrennungsmotor 146 mit vier Zylindern 148, eine Kupplung 150, ein Getriebe 152 sowie eine Achse 154 des Kraftfahrzeugs, an der zwei Räder 156 angeordnet sind. Einzelne in 12 dargestellte Komponenten des Kraftfahrzeugs 144 sind durch Antriebswellen 158 miteinander verbunden. Da das hier gezeigte Kraftfahrzeug 144 lediglich den Verbrennungsmotor 146 als Antriebsaggregat aufweist, handelt es sich um ein herkömmliches Kraftfahrzeug 144. 12 zeigt zudem ein als Gaspedal ausgebildetes Bedienelement 160 des Kraftfahrzeugs 144.
Üblicherweise ist die Kupplung 150 zwischen dem Verbrennungsmotor 146 und dem Getriebe 152 angeordnet. Falls die Kupplung 150 und somit ein Antriebsstrang 162 des Kraftfahrzeugs 144 geschlossen ist, wird zwischen dem Verbrennungsmotor 146 und der Achse 154 mit den Rädern 156 über das Getriebe 152 Energie ausgetauscht. Dabei kann Energie von dem Verbrennungsmotor 146 auf die Achse 154 und somit auf die Räder 156 übertragen werden, so dass die Räder 156 durch den Verbrennungsmotor 146 angetrieben werden. Dabei wird chemische Energie, die bei der Verbrennung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft in den Zylindern 148 des Verbrennungsmotors 146 erzeugt wird, als kinetische Energie zum Bewegen der Räder 156 übertragen. Es ist jedoch bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, Energie ausgehend von den Rädern 156 und/oder der Achse 154 über das Getriebe 152 als Komponente des Antriebsstrangs 162 zu dem Verbrennungsmotor 146 zu übertragen, so dass der Verbrennungsmotor 146 ausgehend von den Rädern 156 oder der Achse 154 angeschleppt wird. In diesem Fall wird kinetische Energie der Räder 156 zum Antreiben des Motors 146 verwendet.
Wie die Doppelpfeile in 12 andeuten, kann das Steuergerät 142 mit den weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs Signale austauschen und somit Betriebsparameter dieser Komponenten erfassen, bspw. eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 146, einen Gradienten der Drehzahl, Positionen und/oder Arbeitstakte der Zylinder 148, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf Grundlage einer Drehzahl der Achse 154 sowie eine Stellung des Bedienelements 160. Außerdem kann das Steuergerät 142 Funktionen der Komponenten des Kraftfahrzeugs 144 kontrollieren und somit steuern und/oder regeln. Dabei kann das Steuergerät 142 bspw. einen Zeitpunkt für eine Einspritzung für mindestens einen der Zylinder 148 einstellen sowie die Kupplung 150 öffnen oder schließen.
Die Anordnung 140 mit dem Steuergerät 142 ist zur Durchführung der beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors 146 des Kraftfahrzeugs 144 ausgebildet. Hierbei ist vorgesehen, dass sich das Kraftfahrzeug 144 in einem Segelbetrieb befindet. Dabei rollt das Kraftfahrzeug 144, ohne dass der Verbrennungsmotor 146 ein Drehmoment erzeugt und somit Energie verbraucht. In dieser Betriebssituation kann der Verbrennungsmotor 146 abgeschaltet sein oder sich im Leerlauf befinden. Durch Betätigung des Bedienelements 160 und einen dadurch bereitgestellten Startwunsch wird ein Start des Verbrennungsmotors 146 eingeleitet.
Zum Starten des Verbrennungsmotors 146 aus dem Segelbetrieb überprüft das Steuergerät 142, wann sich ein bestimmter Zielzylinder des Verbrennungsmotors 146, für den zum Starten des Verbrennungsmotors 146 eine Einspritzung durchzuführen ist, in einem ausgewählten Arbeitstakt befindet. Durch Ansteuerung von Einspritzventilen, die den Zylinder 148 zugeordnet sind, veranlasst das Steuergerät 142, dass in den bestimmten Zielzylinder, wenn sich dieser in dem ausgewählten Arbeitstakt befindet, Kraftstoff eingespritzt wird. Außerdem schließt das Steuergerät 142 die zwischen dem Verbrennungsmotor 146 und dem Getriebe 152 angeordnete Kupplung 150. Dabei kann das Einspritzen vor dem Schließen der Kupplung 150 oder danach durchgeführt werden, so dass der Verbrennungsmotor 146 selbsttätig hochlaufen kann. Weiterhin kann nach dem Starwunsch ein Schließen der Kupplung durchgeführt werden, bevor eine erste Zündung in dem Zielzylinder herbeigeführt wird. Alternativ kann nach dem Startwunsch in dem Zielzylinder eine erste Zündung herbeigeführt und danach die Kupplung geschlossen werden. Demnach kann das Verfahren unabhängig von einer Einspritzart, einem Brennverfahren und/oder einem gewählten Arbeitstakt für eine Einspritzung, beim Start oder bereits beim Auslaufen des Verbrennungsmotors 146 durchgeführt werden.
Die Anordnung 140 kann, wie bei der ersten Ausführungsform (2 und 3), den Start des üblicherweise stehenden Verbrennungsmotors 146 für einen Zielzylinder durchführen, der sich nach dem Startwunsch in einem Kompressionstakt als Arbeitstakt befindet. In diesem Fall schließt das Steuergerät 142 die Kupplung 150 nach einem Einspritzen des Kraftstoffs in den Zielzylinder. Die Kupplung 150 dreht den Zielzylinder über einen der ersten oberen Totpunkte, bspw. den ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt, bis eine Synchronisierung für alle Zylinder vorliegt, dann wird in dem Zielzylinder ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft gezündet und somit für den Zielzylinder eine erste Verbrennung herbeigeführt.
Falls die Anordnung 140 das Verfahren nach der zweiten Ausführungsform ( 4 und 5) für den üblicherweise stehenden Verbrennungsmotor 146 durchführt, wird ein Zielzylinder bestimmt, der sich in einem Expansionstakt als Arbeitstakt befindet. Dabei wird die Kupplung 150 geschlossen, sobald für den Zielzylinder eine erste Verbrennung durchgeführt ist. Dies kann bedeuten, dass in dem Zielzylinder nach einer Einspritzung des Kraftstoffs eine Zündung des Gemisches aus Luft und Kraftstoff erfolgt und danach die Kupplung 150 erstmalig geschlossen wird, um dadurch den Zielzylinder über einen der ersten oberen Totpunkte, bspw. den ersten, zweiten oder dritten oberen Totpunkt, bis zur Synchronisierung aller Zylinder zu drehen, falls die Energie aus der ersten Verbrennung hierfür nicht ausreichend war. Anschließend wird die Kupplung 150 wieder geöffnet, so dass der Verbrennungsmotor 146 auf eine Zieldrehzahl hochlaufen kann. Sobald die Zieldrehzahl erreicht ist, wird die Kupplung 150 wieder geschlossen.
Die Anordnung 140 kann auch das Verfahren nach der dritten Ausführungsform (6 und 7) durchführen. Hierbei wird ein Zielzylinder bestimmt, der sich in einem Saugtakt als Arbeitstakt befindet. Die Kupplung 150 wird bei eingelegtem Gang geschlossen. Erst danach wird für den Zielzylinder eine Einspritzung durchgeführt, worauf eine Zündung eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff im Zielzylinder und eine erste Verbrennung erfolgt, wenn sich der Zielzylinder im nächsten oberen Totpunkt befindet. Danach kann der Verbrennungsmotor 146 hochlaufen. Alternativ kann die Einspritzung auch dann vorgenommen werden, wenn sich der Zielzylinder nach Schließen der Kupplung in einem der anderen Arbeitstakte befindet.
Es ist auch möglich, mit der Anordnung 140 die vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (8 und 9) durchzuführen. Hier wird durch Auslaufprädiktion bereits beim Abstellen des Verbrennungsmotors 146 ein für einen Direktstart relevanter Zielzylinder, der sich bspw. im Kompressions- oder Saugtakt befindet, bestimmt und für diesen eine Einspritzung vorgenommen. Während eines Segelbetriebs bei abgestelltem Verbrennungsmotor bleibt ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft in dem Zielzylinder eingeschlossen. Zum Starten des Verbrennungsmotors aus dem Segelbetrieb wird die Kupplung 150 geschlossen, wobei sich der Zielzylinder in einem der vier möglichen Arbeitstakte befinden kann, und der Zielzylinder zum Zünden des Gemisches über den oberen Totpunkt gedreht.
Zur Durchführung der Erfindung kann für einen Verbrennungsmotor 146 eine Einspritzung zum Starten aus dem Segelbetrieb durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Einspritzung für den Zielzylinder bereits beim Abstellen des Verbrennungsmotors 146 durchzuführen, wobei ein Gemisch während einer Stillstandsphase beim Segelbetrieb im Zielzylinder eingesperrt bleibt.
Die genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheiden sich demnach durch eine Reihenfolge der durchzuführenden Schritte sowie durch einen Zeitpunkt, wann ein Startvorgang eingeleitet und/oder vorbereitet wird. Bei den ersten drei Ausführungsformen wird der Startvorgang zur Beendigung des Segelbetriebs initiiert. Dagegen wird bei der vierten Ausführungsform zur Vorbereitung des Starts aus dem Segelbetrieb der Zielzylinder bereits bei einem Auslaufen des Verbrennungsmotors bestimmt und in diesen Kraftstoff eingespritzt.
Der Zielzylinder wird in Anhängigkeit von aktuell vorliegenden Arbeitstakten der Zylinder 148 bestimmt. Dies kann auch die Maßnahme umfassen, dass der Arbeitstakt ausgewählt und daraufhin der Zielzylinder bestimmt oder zunächst der Zielzylinder bestimmt und danach der Arbeitstakt ausgewählt wird. Hierbei wird in der Regel als Zielzylinder jener Zylinder bestimmt, der sich nach einem Startwunsch, der bspw. durch Betätigung des als Kupplungspedal ausgebildeten Bedienelements 160 signalisiert und durch das Steuergerät 142 registriert wird, in dem Kompressionstakt oder Expansionstakt befindet. Dabei kann in Abhängigkeit davon, in welchen Arbeitstakten sich die Zylinder 148 nach dem Startwunsch befinden, durch das Steuergerät 142 entschieden werden, ob zum Starten des Verbrennungsmotors 146 nun die erste oder zweite Ausführungsform durchgeführt werden. Eine Entscheidung kann in Abhängigkeit der Zeit, um den Start möglichst schnell durchzuführen, in Abhängigkeit des Verbrauchs an Kraftstoff, um diesen minimal zu halten, und/oder in Abhängigkeit eines weiteren Betriebsparameters des Verbrennungsmotors 146 getroffen werden.
Sodann wird zum Auslösen der ersten Verbrennung in den Zielzylinder durch ein Einspritzventil Kraftstoff eingespritzt. Die erste Verbrennung kann nachgewiesen werden, sobald eine Kurve der Drehzahl ein erstes Maximum erreicht hat und/oder ein bestimmter Drehzahlgradient vorliegt.
Die zum Starten des Verbrennungsmotors 146 notwendige Energie stammt nur zum Teil aus der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs 144. Außerdem erzeugt der Verbrennungsmotor 146 durch Auslösen der ersten Verbrennung weitere Energie.
Zum Abschließen des Starts wird die Kupplung 150 wieder geöffnet, sobald der Verbrennungsmotor 146 nach der ersten Verbrennung eigenständig hochläuft. Eine sichere Erkennung eines erfolgreichen Starts des Verbrennungsmotors 146 ist unter Berücksichtigung eines Werts von mindestens einem Betriebsparameter möglich. Als der mindestens eine Betriebsparameter kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors, ein Gradient der Drehzahl oder die Zeit berücksichtigt werden. Der eigenständige Hochlauf des Verbrennungsmotors ist bspw. dann realisiert, wenn der Verbrennungsmotor eine Solldrehzahl oder ein Gradient der Drehzahl einen definierten Wert erreicht hat. Zur abschließenden Umsetzung eines Weiterfahrwunsches des Fahrers wird die Kupplung 150 wieder geschlossen, sobald der Verbrennungsmotor 146 eine Zieldrehzahl erreicht hat.
Die Erfindung kann u. a. für einen Verbrennungsmotor 146 eingesetzt werden, der als Einspritzungen Saugrohreinspritzungen durchführt. Bei einer Strategie zur Durchführung des Verfahrens für einen Verbrennungsmotor 146 mit Saugrohreinspritzung (port fuel injection, pfi) kann die erste Verbrennung in einem der ersten Kompressionstakte, bspw. im ersten, zweiten oder dritten Kompressionstakt, oder in einem der ersten Expansionstakte, bspw. im ersten, zweiten oder dritten Expansionstakt, durchgeführt werden.
Bei einem Verbrennungsmotor 146, der als Kraftstoff Diesel verbrennt, kann vorgesehen sein, die Kupplung 150 für mehrere obere Totpunkte des Zielzylinders, bspw. für drei obere Totpunkte, rutschen zu lassen und dann wieder kurz zu öffnen.
Bei den Ausführungsformen des Verfahrens wird jeweils eine gezielte Positionierung des Verbrennungsmotors 146 und somit eine Abstellposition der Kolben bezüglich des ersten oberen Totpunkts, eines der ersten oberen Totpunkte und/oder des vorliegenden Arbeitstakts des für den Start des Verbrennungsmotors 146 relevanten Zielzylinders berücksichtigt, bis für alle Zylinder eine Synchronisierung vorliegt. Die genannte Abstellposition kann auch als ein möglicher Betriebsparameter verwendet werden, nach dem entschieden wird, ob nun die erste oder zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt wird. Somit ist ein Verhalten des Verbrennungsmotors 146 beim Start besser zu reproduzieren.
Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor 146 durch und/oder über die Kupplung 150 angedreht wird, wobei dem Verbrennungsmotor 146 kinetische Energie zugeführt wird. Der Start des Verbrennungsmotors 146 ist abgeschlossen, wenn der Verbrennungsmotor 146 eigenständig hochlaufen kann, was bei unterschiedlichen Starts unterschiedlich lange andauern kann. Durch die im Rahmen des Verfahrens vorgenommene Einspritzung, die Zündung und die erste Verbrennung kann das von und/oder über die Kupplung 150 bereitzustellende notwendige Drehmoment zum Hochlauf des Verbrennungsmotors 146 reduziert werden. Sobald ein verbrennungsbasierter Hochlauf des Verbrennungsmotors möglich ist, kann die Kupplung 150 vorübergehend wieder geöffnet wird.
Sämtliche hier beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens können für einen kupplungsunterstützten Direktstart eines Verbrennungsmotors, der eine Saugrohreinspritzung durchführt, durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Ausführungsformen des Verfahrens für einen Verbrennungsmotor vorzunehmen, der eine Direkteinspritzung durchführt oder als Dieselmotor ausgebildet ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (56, 146) eines Kraftfahrzeugs (54, 144), wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (56, 146) aus einem Segelbetrieb (120) ein Zielzylinder des Verbrennungsmotors (56, 146) bestimmt wird, der sich in einem ausgewählten Arbeitstakt befindet und in den zum Starten Kraftstoff eingespritzt wird, und wobei eine Kupplung (58, 110, 150) zwischen dem Verbrennungsmotor (56, 146) und einem Getriebe (60, 152) des Kraftfahrzeugs (54, 144) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Arbeitstakt nach einem Startwunsch zur Durchführung eines Starts des Verbrennungsmotors (56, 146) ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vorgesehen ist, dass während des Segelbetriebs (120) ein Zielzylinder bestimmt wird, der sich in einem Kompressionstakt (48), in einem Expansionstakt (44) oder in einem Saugtakt (50) als Arbeitstakt befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Arbeitstakt zur Vorbereitung eines Starts des Verbrennungsmotors (56, 146) aus dem Segelbetrieb (120) bei einem Auslaufen (86) des Verbrennungsmotors (56, 146) vor dem Segelbetrieb (120) ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei dem ein Zielzylinder bestimmt wird, der sich bei dem Auslaufen (86) des Verbrennungsmotors (56, 146) vor dem Segelbetrieb in einem Kompressionstakt (48) oder Saugtakt (50) als Arbeitstakt befindet, wobei die Einspritzung (374) des Kraftstoffs in den Zielzylinder noch während des Auslaufens (86) durchgeführt wird, wobei die Kupplung (58, 110, 150) zum Starten des Verbrennungsmotors (56, 146) aus dem Segelbetrieb geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Kupplung (58, 110, 150) nach dem Startwunsch vor einer ersten Zündung (76, 174, 278, 382) in dem Zielzylinder geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Kupplung (58, 110, 150) nach dem Startwunsch nach einer ersten Zündung (76, 174, 278, 382) in dem Zielzylinder geschlossen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Zielzylinder unter den Zylindern (30, 32, 34, 36, 148) des Verbrennungsmotors (56, 146) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem für den Verbrennungsmotor (56, 146) eine erste Verbrennung (280) herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Kupplung (58, 110, 150) wieder geöffnet wird, sobald ein eigenständiger Hochlauf des Verbrennungsmotors (56, 146) möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Kupplung (58, 110, 150) wieder geschlossen wird, sobald ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (56, 146) einen Zielwert, bspw. eine Zieldrehzahl, erreicht hat.
Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (56, 146) eines Kraftfahrzeugs (54, 144), wobei ein Steuergerät (142) der Anordnung (140) zum Starten des Verbrennungsmotors (56, 146) aus einem Segelbetrieb (120) einen Zielzylinder des Verbrennungsmotors (56, 146) bestimmt, der sich in einem ausgewählten Arbeitstakt befindet, wobei das Steuergerät (142) veranlasst, dass in den Zielzylinder zum Starten Kraftstoff eingespritzt wird, und wobei das Steuergerät (142) zwischen dem Verbrennungsmotor (56, 146) und einem Getriebe (60, 152) des Kraftfahrzeugs (54, 144) eine Kupplung (58, 110, 150) schließt.