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Stand der Technik
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Aus der
DE 19743492 A1 ist ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem beim Starten die erste Einspritzung in denjenigen Zylinder vorgenommen wird, dessen Kolben sich in der Arbeitsphase befindet. Dadurch wird die Kurbelwelle in eine Vorwärtsbewegung versetzt und die Brennkraftmaschine wird gestartet. Bei ungünstigen Bedingungen, z. B. bei einem ungünstigen Kurbelwellenwinkel ist es jedoch möglich, dass zumindest ein erster Startversuch der Brennkraftmaschine nicht erfolgreich ist. Es ist auch möglich, die Brennkraftmaschine bei einem ungünstigen Kurbelwellenwinkel zunächst rückwärts zu drehen, wodurch eine Gasfeder in einem im Arbeitstakt befindlichen Zylinder komprimiert wird, wodurch eine Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine bewirkt wird, und sie anschließend in Vorwärtsdrehrichtung gestartet werden kann.
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Im Stand der Technik allgemein bekannt sind Vorrichtungen, die den Hubverlauf insbesondere der Einlassventile der Brennkraftmaschine ändern, und somit die Luftfüllung der Zylinder stellen. Insbesondere ist es beispielsweise aus der
DE 10 2007 025619 A1 bekannt, dass durch elektrohydraulische Aktuatoren der Hubverlauf der Einlassventile in weiten Grenzen beliebig gestaltet werden kann. Brennkraftmaschinen mit einer solchen elektrohydraulischen Ventilverstellung benötigen keine Drosselklappe.
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Ebenso ist es beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2010 062243 A1 bekannt, dass der Hubverlauf insbesondere der Einlassventile durch eine Verstellung der Nockenwelle variiert werden kann. Solche Vorrichtungen wie auch die Drosselklappe, mit denen die Luftfüllung der Zylinder verändert werden kann, werden im Folgenden auch als Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung bezeichnet.
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Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Wiederstarteigenschaften einer Brennkraftmaschine. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, und ein Steuer- und/oder Regelgerät, das das elektronische Speichermedium umfasst, und das das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
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Offenbarung der Erfindung
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Nach einer erfassten Stoppanforderung, beispielsweise dadurch, dass der Fahrer das Fahrpedal entlastet, wird die Brennkraftmaschine abgestellt, d.h. die Einspritzung wird reduziert oder abgeschaltet und die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird auf Null reduziert. Um Vibrationen in diesem Auslauf der Brennkraftmaschine zu unterdrücken, wird die Drosselklappe während des Auslaufs geschlossen. Damit der anschließende Neustart der Brennkraftmaschine erfolgreich ist, ist es wichtig, dass eine hinreichend große Frischluftfüllung mindestens in den Zylindern vorhanden ist, die gezündet werden, bis die Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine so schnell ist, dass die Zylinder einen oberen Totpunkt durchlaufen. Ein solcher Zylinder, in dem ein Kraftstoff-/Luft-Gemisch gezündet wird, bevor er einen oberen Totpunkt durchläuft, wird Startzylinder genannt. Die Phase beim Neustart der Brennkraftmaschine, bis die Vorwärtsrotation der Brennkraftmaschine so schnell ist, dass ein Zylinder erstmalig vom Kompressionstakt über den oberen Totpunkt in den Arbeitstakt geht, wird initiale Startphase genannt.
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Werden alle oder eines der Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung so eingestellt, dass die Frischluftfüllung in dem Startzylinder möglichst groß wird, die der Startzylinder während des Auslaufs der Brennkraftmaschine in seinem Ansaugtakt ansaugt, so ist der Neustart besonders zuverlässig. Dies bedeutet, dass einige oder alle der Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung möglichst weit geöffnet sein sollen, wenn der Startzylinder in den Ansaugtakt geht. Diese Stellung der Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung wird auch als Frischluftstellung bezeichnet. Um tatsächlich eine Frischluftfüllung zu erreichen ist es wichtig, dass in dem Startzylinder kein Kraftstoff-/Luft-Gemisch mehr gezündet, noch besser kein Kraftstoff mehr eingespritzt wird.
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Damit Vibrationen trotz des Öffnens von Mitteln zum Einstellen der Frischluftfüllung weiterhin wirkungsvoll unterdrückt werden, ist es vorteilhaft, wenn in den übrigen Zylindern keine erhöhte Luftfüllung erzeugt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung so spät wie möglich geöffnet werden, beispielsweise erst unmittelbar vor dem Eintritt des Startzylinders in den Ansaugtakt.
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Die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung sind vorteilhafterweise gegeben durch die Drosselklappe, die zum Maximieren der Frischluftfüllung möglichst weit geöffnet wird, oder durch die Einlass- und/oder Auslassventile des Startzylinders, deren Ventilüberschneidung zum Maximieren der Frischluftfüllung minimiert wird.
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Damit auch möglichst wenig verbranntes Restgas über das Abgassystem wieder angesaugt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Startzylinder nach erfolgtem Öffnen der Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung nach dem Ansaugen von Frischluft noch einen Ausschiebetakt durchläuft. So wird sichergestellt, dass Frischluft in das Abgassystem ausgeschoben wird. Werden nämlich die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung nach erfolgter Füllung des Startzylinders mit Frischluft wieder geschlossen, beispielsweise um Vibrationen zu unterdrücken, so ergibt sich ein Druckgefälle, das dazu führen kann, dass im Abgastrakt befindliche Gase in die Zylinder zurückgesaugt werden. Dadurch, dass Frischluft in das Abgassystem ausgeschoben wird, wird sichergestellt, dass kein verbrauchtes Restgas zurückgesaugt wird.
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Damit sichergestellt ist, dass der Startzylinder die erforderlichen Takte durchläuft, bevor die Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine sich soweit verlangsamt hat, dass der Startzylinder keinen oberen Totpunkt mehr durchläuft, ist es vorteilhaft, wenn in mindestens einem der anderen Zylindern, die nicht während der initialen Startphase befeuert werden, ein Kraftstoff-/Luft-Gemisch gezündet wird, während die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung geöffnet sind.
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Durch die Erhöhung der durch die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung eingestellten Frischluftfüllung kann es in den Zylindern, in denen ein Kraftstoff-/Luft-Gemisch gezündet wird, während die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung geöffnet sind, zu einem erhöhten Drehmoment und somit zu einer Erhöhung der Motordrehzahl kommen. Um diese Erhöhung zu unterdrücken, ist es besonders vorteilhaft, wenn das erzeugte Drehmoment des Verbrennungsprozesses mittels geeigneter Maßnahmen, sogenannter Drehmomentneutralisierungsmaßnahmen, reduziert wird.
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Solche Maßnahmen sind vorteilhafterweise beispielsweise dadurch gegeben, dass das Brennverfahren von Homogen- auf Schichtbetrieb umgestellt wird, oder dass der Zündwinkel auf einen späteren Zeitpunkt, also hin zu einem größeren Kurbelwellenwinkel, verschoben wird.
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Die Figuren zeigen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigen:
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1 eine schematische Zeichnung einer Brennkraftmaschine;
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2 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Zylinder 10 einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraum 20, einem Kolben 30, der mit einer Pleuelstange 40 mit einer Kurbelwelle 50 verbunden ist. Der Kolben 30 führt in bekannter Weise eine Auf- und Abwärtsbewegung durch. Die Umkehrpunkte der Bewegung werden als Totpunkte bezeichnet. Der Übergang von Aufwärtsbewegung in Abwärtsbewegung wird als oberer Totpunkt, der Übergang von Abwärtsbewegung zu Aufwärtsbewegung als unterer Totpunkt bezeichnet. Eine Winkelstellung der Kurbelwelle 50, ein so genannter Kurbelwellenwinkel, wird in üblicher Weise relativ zum oberen Totpunkt definiert. Ein Kurbelwellensensor 220 erfasst die Winkelstellung der Kurbelwelle 50. Der Kurbelwellensensor 220 ist so ausgeformt, dass auf einem Zahnrad periodisch – beispielsweise in einem Winkelabstand von 6° – Zähne angeordnet sind, deren Zahnflanken Signale generieren, aus deren zeitlichem Abstand eine Geschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird.
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Über ein Ansaugrohr 80 wird in bekannter Weise bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 30 zu verbrennende Luft in den Brennraum 20 gesaugt. Dies wird als Ansaugtakt bzw. Einlasstakt bezeichnet. Über ein Abgasrohr 90 wird die verbrannte Luft bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 30 aus dem Brennraum 20 gedrückt. Dies wird üblicherweise als Auslasstakt bezeichnet. Die Menge der über das Ansaugrohr 80 angesaugten Luft wird über eine Luftdosiereinrichtung, im Ausführungsbeispiel eine Drosselklappe 100, deren Stellung von einem Steuergerät 70 bestimmt wird, eingestellt. Das Steuergerät 70 kann auch als Regeleinrichtung ausgebildet sein, und wird deswegen allgemeiner als Steuerund/oder Regeleinrichtung bezeichnet.
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Über ein Direkteinspritzventil 110, das im Brennraum 20 angeordnet ist, wird Kraftstoff in die aus dem Ansaugrohr 80 angesaugte Luft gespritzt und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 20 erzeugt. Die Menge des durch das Direkteinspritzventil 110 eingespritzten Kraftstoffs wird vom Steuergerät 70 bestimmt, üblicherweise über die Dauer und/oder die Stärke eines Ansteuersignals. Eine Zündkerze 120 erzeugt einen Zündfunken und zündet so das Kraftstoff-Luftgemisch. Die Zündung erfolgt üblicherweise in einem Verdichtungstakt (auch Kompressionstakt genannt), in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 30 komprimiert wird. Erfolgt die Zündung kurz vor dem oberen Totpunkt, so liegt der Verbrennungsschwerpunkt im Beginn eines sich an den Verdichtungstakt anschließenden Arbeitstakts. Die Winkelstellung der Kurbelwelle beim Einspritzen in den Zylinder wird als Einspritzwinkel, die Winkelstellung der Kurbelwelle bei der Zündung als Zündwinkel bezeichnet.
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Das Einspritzventil kann anstatt als Direkteinspritzventil auch als Einspritzventil im Ansaugrohr 80 ausgebildet sein.
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Ein Einlassventil 160 an der Zuführung des Ansaugrohrs 80 zum Brennraum 20 wird über Nocken 180 von einer Nockenwelle 190 angetrieben. Ebenso wird ein Auslassventil 170 an der Zuführung des Abgasrohrs 90 zum Brennraum 20 über Nocken 182 von der Nockenwelle 190 angetrieben. Die Nockenwelle 190 ist gekoppelt mit der Kurbelwelle 50. Üblicherweise führt die Nockenwelle 190 pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 50 eine Umdrehung durch.
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Die Nockenwelle 190 ist so üblicherweise so ausgestaltet, dass sich das Auslassventil 170 im Ausstoßtakt öffnet, und in der Nähe des oberen Totpunkts schließt. Das Einlassventil 160 öffnet in der Nähe des oberen Totpunkts und schließt im Einlasstakt. Schließt das Auslassventil 170 nachdem das Einlassventil 160 geöffnet hat, spricht man von positiver Ventilüberschneidung. Schließt das Auslassventil 170 bevor das Einlassventil 160 geöffnet hat, spricht man von negativer Ventilüberschneidung. Optional ist eine Ventilhubverstelleinrichtung 200 vorgesehen, die vom Steuergerät 70 angesteuert wird und das Hubverhalten der Nocken 180, 182 verändert, beispielsweise indem sie die Größe der Ventilüberschneidung variiert. Es ist auch möglich, dass die Ventilhubverstelleinrichtung 200 eine variable Ansteuerung von Einlassventil 160 und Auslassventil 170 ermöglicht ganz ohne Nockenwelle und Nocken, beispielsweise wenn sie als elektrohydraulische Ventilverstellung ausgestaltet ist.
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Ein Zylinder durchläuft also die vier Takte in der Reihenfolge Ansaugtakt, Kompressionstakt (auch Verdichtungstakt genannt), Arbeitstakt, Ausstoßtakt. Im Auslauf der Brennkraftmaschine wird in dem im Arbeitstakt befindlichen Zylinder, in dem sich eine Frischluftfüllung befindet, nicht mehr gezündet, ggf. auch nicht mehr eingespritzt. Auch beim Übergang dieses Zylinders in den Ausstoßtakt hat er daher weiterhin eine Frischluftfüllung, ggf. falls in ihn noch Kraftstoff eingespritzt wurde, auch ein zündfähiges Kraftstoff-/Luft-Gemisch. Diese Frischluftfüllung (bzw. das Kraftstoff-/Luft-Gemisch) bleibt für einige Minuten im Zylinder, bevor sie herausdiffundiert, und sich der Druck im Zylinder dem Umgebungsluftdruck anpasst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise auf dem Steuergerät 70 hinterlegt und von diesem durchgeführt. 2 beschreibt den Ablauf dieses erfindungsgemäßen Verfahrens. Es beginnt in Schritt 1000, in dem eine Stoppanforderung des Fahrers festgestellt wird, die beispielsweise dadurch gegeben ist, dass das Fahrpedal entlastet wird. Es werden nun Maßnahmen zum Anhalten der Brennkraftmaschine eingeleitet, beispielsweise wird die Menge des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs reduziert. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine reduziert sich. Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung werden geschlossen, beispielsweise wird die Drosselklappe 100 geschlossen.
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Im folgenden Schritt 1010 kann beispielsweise festgelegt werden, welcher Zylinder ein Startzylinder ist, welcher Zylinder also in der initialen Startphase des nächsten Starts der Brennkraftmaschine befeuert werden wird. Es kann alternativ auch festgelegt werden, welche Zylinder in der initialen Startphase des nächsten Starts nicht befeuert werden. Dies kann beispielsweise durch eine Prädiktion des Drehzahlverlaufs durchgeführt werden, mit deren Hilfe die Abstellposition der Brennkraftmaschine prädiziert wird. Es können aber parallel zum erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, um die Brennkraftmaschine bei einer bestimmten Kurbelwellenposition abzustellen, beispielsweise durch gezielten Einsatz eines Drehmoments einer elektrischen Maschine. Es ist ebenso möglich, dass die Brennkraftmaschine nach erfolgtem Stillstand von der elektrischen Maschine zu einer bestimmten Kurbelwellenposition, also zu einem bestimmten Kurbelwellenwinkel, gedreht wird. Wichtig ist, dass beim Stillstand der Brennkraftmaschine der Startzylinder in einer Position ist, so dass er in der initialen Startphase ausreichend Drehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine beitragen kann, wenn in ihm gezündet wird.
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In Schritt 1020 werden nun Maßnahmen eingeleitet, um die Frischluftzufuhr zum Startzylinder zu erhöhen, indem die Mittel zum Einstellen der Frischluftfüllung geöffnet werden. Beispielsweise wird die Drosselklappe 100 wieder geöffnet. Gegebenenfalls werden geeignete Drehmomentneutralisierungsmaßnahmen eingeleitet, wie beispielsweise das Verschieben von Zündwinkeln zu späteren Zeitpunkten, um eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine zu verhindern.
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In Schritt 1030 wird im Startzylinder die Zündung und ggf. auch die Einspritzung abgeschaltet. Andere Zylinder, insbesondere solche, die in der initalen Startphase des Wiederstarts nicht befeuert werden, können weiter befeuert werden. Im Startzylinder beginnt nun eine Spülphase, d.h. Restgas wird ausgeschoben bzw. wurde ausgeschoben, und der Startzylinder wird mit Frischgas gefüllt. Es folgt Schritt 1040, in dem überprüft wird, ob die Spülphase beendet ist. Dies kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass der Startzylinder zumindest soweit mit Frischgas gefüllt wurde, dass die Frischgasfüllung beim anschließenden Neustart der Brennkraftmaschine ausreichend groß ist, um die initiale Startphase zu überwinden. Das Ende der Spülphase kann aber auch dadurch gegeben sein, dass Frischgas aus dem Startzylinder in das Abgasrohr 90 ausgeschoben wurde. Ist die Spülphase noch nicht beendet, wird zurückverzweigt zu Schritt 1030, andernfalls zu Schritt 1050.
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In Schritt 1050 wird nun die Einspritzung aller Zylinder abgeschaltet. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine fällt Richtung null ab. Im folgenden Schritt 1060 wird optional der Auslauf der Brennkraftmaschine gesteuert, beispielsweise um den Startzylinder in eine günstige Position für den Wiederstart zu bringen. Wie oben beschrieben kann dies beispielsweise durch den Einsatz der elektrischen Maschine in generatorischem Betrieb erfolgen.
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In Schritt 1070 steht der Motor schließlich. Das erfindungsgemäße Verfahren endet hier, kann aber optional auch einen Wiederstart umfassen: In Schritt 1080 wird eine Wiederstartanforderung durch den Fahrer erkannt, beispielsweise weil der Fahrer das Fahrpedal betätigt. In Schritt 1090 wird der Wiederstart der Brennkraftmaschine eingeleitet, wobei insbesondere im Startzylinder in der initialen Startphase gezündet wird. Damit endet das erfindungsgemäße Verfahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19743492 A1 [0001]
- DE 102007025619 A1 [0002]
- DE 102010062243 A1 [0003]
