DE102013212168B4 - Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, Vorrichtung, Computer-Programmprodukt - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die wenigstens zwei Zylinder, einen Ventiltrieb mit mindestens einem Einlassventil und mindestens einem Auslassventil für jeden der Zylinder, wobei zumindest die Schließzeitpunkte der Einlassventile variabel einstellbar sind, und ein Direkteinspritzsystem, insbesondere Benzindirekteinspritzsystem, aufweist, wobei der Start durch eine Direkteinspritzung und Zündung in einem der Zylinder eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Start der Schließzeitpunkt mindestens eines Einlassventils von wenigstens einem anderen der Zylinder in Abhängigkeit von wenigstens einem aktuellen Zustandswert verändert wird, wobei als aktueller Zustandswert eine Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs erfasst wird, um durch eine Online-Korrektur, nämlich eine Korrektur während des Startvorgangs, eine Veränderung der Schließzeitpunkte der Einlassventile während des bereits eingeleiteten Startvorgangs durchzuführen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Starten einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die wenigstens zwei Zylinder, einen Ventiltrieb mit mindestens einem Einlassventil und mit mindestens einem Auslassventil für jeden der Zylinder, wobei zumindest die Schließzeitpunkte der Einlassventile variabel einstellbar sind, und ein Direkteinspritzsystem, insbesondere Benzindirekteinspritzsystem, aufweist, wobei der Start durch eine Direkteinspritzung und Zündung in einem der Zylinder eingeleitet wird.
- Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7 sowie ein Computer-Programmprodukt gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
- Stand der Technik
- Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen erfolgt der Start in der Regel über einen sogenannten Ritzelstarter, der die Brennkraftmaschine über ein von außen aufgeprägtes Drehmoment solange beschleunigt, bis die Brennkraftmaschine anschließend über die Einleitung einer Verbrennung in den Zylindern den weiteren Betrieb übernimmt. Das Interesse daran, das für den Start der Brennkraftmaschine notwendige externe Drehmoment zu verringern, ist beispielsweise auch aus Gebrauchsgesichtpunkten von hohem Interesse. Darüber hinaus ließe sich der Ritzelstarter beziehungsweise Anlasser günstiger und kleiner dimensionieren. Bei Hybridantriebsvorrichtungen könnte die elektrische Maschine kleiner ausgeführt werden, da der Drehmomentvorhalt für den Widerstand des Verbrennungsmotors entsprechend sinkt.
- Eine derartige Drehmomentreduzierung lässt sich durch den Einsatz eines sogenannten Dekompressionsstarts erreichen, bei welchem der Startvorgang durch Einspritzung und Zündung in einem der Zylinder eingeleitet wird. Dabei wird die erste Zündung beziehungsweise Einspritzung in dem Zylinder durchgeführt, der sich gerade in der Expansionsphase ruhend befindet, so dass die Verbrennung ein Drehmoment in die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine einleitet. Zur Überwindung des oberen Totpunkts des in der Zündreihenfolge nachfolgenden Zylinders (Folgezylinder) ist es notwendig, einen Teil der Zylinderladung wieder auszuschieben, da die aufgebaute kinetische Energie häufig nicht dazu ausreicht, um die komplette Luftmasse in dem nachfolgenden Zylinder zu verdichten. Daher wird zweckmäßigerweise ein sehr spätes Schließen der Einlassventile realisiert, so dass die Luftmasse auch durch die Eingangsventile wieder aus dem Zylinder ausgetrieben werden kann. Bei einem Sechs-Zylinder-Motor kann es beispielsweise notwendig sein, zwei nachfolgende Zylinder auf diese Art und Weise zu dekomprimieren, da erst ab dem vierten gefeuerten Zylinder keine Dekompression mehr notwendig ist und die volle Luftmasse der dann folgenden Zylinder verdichtet werden kann.
- Aus der
DE 10 2006 042 086 A1 , derDE 103 22 361 A1 und derDE 103 09 443 A1 (sind Verfahren bekannt, eine Spätverstellung des Schließzeitpunkts des Einlassventils eines (nachfolgenden) Zylinders vorzunehmen, teils auch beim Direktstart. - Offenbarung der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein sicherer Direktstart unabhängig von Umgebungsbedingungen und Lebensdauereinflüssen der Brennkraftmaschine gewährleistet wird. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Start der Brennkraftmaschine der Schließzeitpunkt mindestens eines Einlassventils von wenigstens einem der anderen Zylinder (Folgezylinder) in Abhängigkeit von wenigstens einem aktuellen Zustandswert verändert wird. Unter dem wenigstens einen anderen Zylinder ist hierbei ein in der Zündreihenfolge auf den einen Zylinder, in welchem zuerst die Einspritzung und Zündung erfolgt, folgender Zylinder zu verstehen. Insbesondere handelt es sich zunächst um den Zylinder, der als zweites in der Zündreihenfolge steht. Durch das Verändern des Schließzeitpunkts des mindestens einen Einlassventils dieses anderen Zylinders in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustandswert lässt sich die Dekompression an Umgebungsbedingungen und/oder Lebensdauereinflüsse anpassen, so dass beispielsweise der Startvorgang verkürzt wird, wenn dies die Umgebungsbedingungen zulassen, oder so dass der Startvorgang verlängert wird, um ein sicheres Hochlaufen der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist hierzu vorgesehen, dass als aktueller Zustandswert eine Umgebungstemperatur und/oder ein Umgebungsdruck erfasst werden. Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur bestimmen die Füllung des jeweiligen Zylinders für die initiale Verbrennung. Außerdem wird dadurch die Kompressionsarbeit der Folgezylinder beeinflusst. Durch ein Anpassen des Schließzeitpunktes in Abhängigkeit von diesen Umgebungswerten lässt sich ein Basisschließzeitpunkt entsprechend beeinflussen beziehungsweise korrigieren, so dass er den Bedingungen und der notwendigen Dekompressionsleistung genügt.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als aktueller Zustandswert eine Brennkraftmaschinen- beziehungsweise Motortemperatur erfasst wird. Die Motortemperatur hat einen entscheidenden Einfluss auf die Reibung der Brennkraftmaschine und somit auch auf den Drehzahlverlauf während des Starts, so dass durch Anpassen des Schließzeitpunktes in Abhängigkeit von der Motortemperatur der Startvorgang weiter optimiert wird.
- Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass bevorzugt ein Schmiermittelzustand, insbesondere eine Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine erfasst wird. Besonders bevorzugt wird als Schmiermittelzustand eine Viskosität des Schmiermittels, insbesondere ein die Viskosität des Schmiermittels repräsentierender Wert erfasst. Dies kann durch bekannte Sensoren erfolgen. Das Schmiermittel altert mit der Zeit, wobei sich seine Viskosität aufgrund von Kraftstoffeintrag, Abrieb und/oder Verkokung verändert, was einen direkten Einfluss auf die Reibung der Brennkraftmaschine hat. Die Temperatur des Schmiermittels der Brennkraftmaschine hat ebenfalls einen Einfluss auf die Motorreibung und damit auf das zu überwindende Dekompressionsmoment. Bei hohen Schmiermitteltemperaturen wird beispielsweise der Schließzeitpunkt statt auf später auf früher verlegt, da in diesem Fall das zu überwindende Drehmoment entsprechend geringer ist und der Hochlauf der Brennkraftmaschine schneller erfolgen kann beziehungsweise das zu überwindende Dekompressionsmoment ebenfalls kleiner ausfällt.
- Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Drehzahl der Brennkraftmaschine als aktueller Zustandswert erfasst wird. Während die zuvor genannten Zustandswerte eine sogenannte Offline-Korrektur der Dekompressionsstrategie vor Einleiten des Startvorgangs bedeuten, stellt das Erfassen und Berücksichtigen der Drehzahl der Brennkraftmaschine eine sogenannte Online-Korrektur, in diesem Fall der Dekompressionsstrategie, dar, die während des Startvorgangs durchgeführt wird. Durch Erfassen der Drehzahl wird ermittelt, wie der Startverlauf der Brennkraftmaschine erfolgt. Beginnt der Startverlauf schlechter als erwartet, weil beispielsweise höhere Dekompressionskräfte überwunden werden müssen, kann dies durch ein Verändern des Schließzeitpunkts des entsprechenden Einlassventils „gerettet“ werden, indem Folgezylinder durch ein späteres Schließen der Einlassventile stärker als im Normalbetrieb dekomprimiert werden. Wird erfasst, dass der Startverlauf besser als erwartet verläuft, so kann dieser noch beschleunigt werden, indem die Füllung in den Folgezylindern schnell aufgebaut wird, als zur Rotationsbeginn der Kurbelwelle ursprünglich geplant. Hierzu werden bevorzugt die Folgezylinder weniger stark als geplant dekomprimiert, die Einlassventile also früher als normal geschlossen.
- Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass in Abhängigkeit von den erfassten Zustandswerten der Schließzeitpunkt derart gewählt wird, dass eine für den Start der Brennkraftmaschine optimale Dekompression in dem jeweiligen Zylinder erfolgt. Es wird somit insgesamt eine Dekompressionsstrategie ermöglicht, die auf äußeren Einflüssen sowie auf Zustandswerten der Brennkraftmaschine basiert und den Schließzeitpunkt der Einlassventile, insbesondere der Folgezylinder, optimal einstellt, um einen optimalen Startvorgang der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Bei den Mitteln handelt es sich insbesondere um einen Prozessor, auf welchem das Verfahren als Programm ausgeführt werden kann. Im Betrieb ergeben sich hierdurch die zuvor genannten Vorteile für den Startvorgang der Brennkraftmaschine.
- Das erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich dadurch aus, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn es auf einem Computer läuft.
- Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
-
1 ein vorteilhaftes Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Flussdiagramm, -
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Startvorgangs und -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Startvorgangs. -
1 zeigt in einem vereinfachten Flussdiagramm ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, die wenigstens zwei Zylinder, vorliegend sechs Zylinder, und einen Ventiltrieb aufweist, wobei der Ventiltrieb wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil für jeden der Zylinder aufweist, und wobei zumindest der Schließzeitpunkt der Einlassventile variabel einstellbar ist. Die Brennkraftmaschine weist weiterhin ein Benzindirekteinspritzsystem auf, mittels dessen Kraftstoff direkt in die Zylinder einbringbar ist. Jedem der Zylinder ist außerdem eine Zündeinrichtung, insbesondere eine Zündkerze zugeordnet, um den in den jeweiligen Zylinder eingebrachten Kraftstoff zu entzünden. - Die Brennkraftmaschine soll durch einen Direktstart beziehungsweise Dekompressionsstart in Betrieb genommen werden, wozu Kraftstoff in einen Zylinder, dessen Kolben sich in der Expansionsphase ruhend befindet, eingespritzt und eine Zündung eingeleitet wird. Die daraus folgende Verbrennung leitet durch den Kolben eine Drehbewegung in die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein. Der zuerst gezündete Zylinder soll im Folgenden als Startzylinder bezeichnet werden.
- Um einen optimalen Start der Brennkraftmaschine zu gewährleisten sieht das vorteilhafte Verfahren vor, dass beim Start der Schließzeitpunkt mindestens eines Einlassventils von wenigstens einem der Folgezylinder, also von einem der Zylinder, die in der Zündfolge nach dem Startzylinder liegen, in Abhängigkeit von wenigstens einem aktuellen Zustandswert verändert wird. Insbesondere werden die Schließzeitpunkte der Einlassventile des in der Zündfolge folgenden ersten und zweiten Zylinders in Abhängigkeit des aktuellen Zustandswerts verändert. Dabei wird zunächst von einer Basissteuerzeit für das entsprechende Einlassventil ausgegangen, die unter optimalen Betriebsbedingungen einen optimalen Startvorgang gewährleisten würde. Durch Berücksichtigen des aktuellen Zustandswertes wird diese Basissteuerzeit verändert beziehungsweise korrigiert, so dass das entsprechende Einlassventil früher oder später schließt, wodurch die in dem jeweiligen Zylinder erfolgende Dekompression angepasst wird. Die Basissteuerzeit wird vorzugsweise in einem Motorsteuergerät in Abhängigkeit von der Abstellposition der Brennkraftmaschine hinterlegt und steht als Ausgangspunkt für das weitere Verfahren zur Verfügung. Vorliegend ist vorgesehen, dass zunächst eine sogenannte Offline-Korrektur beziehungsweise Adaption der Schließzeit der Einlassventile durchgeführt wird, wie sie in
1 beispielhaft in einem Flussdiagramm dargestellt ist. Da optimale Startbedingungen in der Regel nicht vorliegen, ist bei der Offline-Korrektur vorgesehen, dass die Schließzeitpunkte in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen und im Stillstand der Brennkraftmaschine erfassbaren Zustandsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert beziehungsweise korrigiert werden. In einem ersten Schritt S1 wird zunächst in Abhängigkeit von der Abstellposition der Brennkraftmaschine der Startzylinder bestimmt, in welchem der Startvorgang eingeleitet werden soll. Daraus ergibt sich dann, bei welchen Folgezylindern die Schließzeitpunkte der Einlassventile verändert werden sollten. Bei der Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern ist es beispielsweise ab dem vierten Zylinder beziehungsweise ab dem dritten Folgezylinder nicht mehr notwendig, eine Dekompression durchzuführen, so dass hier auf die normalen Schließzeitpunkte zurückgegriffen werden kann. Für den ersten und den zweiten Folgezylinder erfolgt jedoch gemäß dem vorteilhaften Verfahren eine Veränderung der Schließzeitpunkte wie im Folgenden beschrieben. - Zunächst wird ein Umgebungsdruck p0 und/oder eine Umgebungstemperatur T0 erfasst. In deren Abhängigkeit wird der Schließzeitpunkt verändert beziehungsweise die Basissteuerzeit des entsprechenden Einlassventils in einem Schritt S2 korrigiert. Der Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur bestimmen die Füllung für die initiale Verbrennung sowie die von den Folgezylindern zu leistende Kompressionsarbeit. So ist beispielsweise vorgesehen, dass bei hohem Umgebungsdruck der Schließzeitpunkt des entsprechenden Einlassventils weiter nach hinten beziehungsweise auf später verschoben wird, um der erhöhten Kompressionsarbeit gerecht zu werden.
- Weiterhin wird eine Motortemperatur ermittelt, wozu eine Kühlwassertemperatur TW mittels eines entsprechenden Sensors erfasst wird. In Abhängigkeit der hierdurch ermittelten Motortemperatur TM wird dann in einem Schritt S3 der jeweilige Schließzeitpunkt entsprechend weiter verändert, d.h. nach früher oder später verschoben. Die Temperatur TM hat einen Einfluss auf die Reibung der Brennkraftmaschine und somit auch auf den Drehzahlverlauf während des Starts. Wird der Schließzeitpunkt entsprechend in Abhängigkeit dessen geändert, lässt sich die Dekompression der Folgezylinder weiter optimieren, um einen guten Start der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
- Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Schmiermittelzustand TS von einem Schmiermittel der Brennkraftmaschine, insbesondere Motoröl, erfasst wird. Insbesondere wird als Schmiermittelzustand TS eine Viskosität des Schmiermittels erfasst, die sich aufgrund von Abrieb, Verkokung und/oder Kraftstoffeintrag mit der Laufleistung der Brennkraftmaschine verändert. In Abhängigkeit von dem Schmiermittelzustand TS wird in einem Schritt S4 der Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils ebenfalls korrigiert, da der Zustand des Schmiermittels ebenfalls Einfluss auf die Reibung der Brennkraftmaschine hat. Dies lässt sich beim Optimieren der Dekompression des entsprechenden Zylinders durch das vorteilhafte Verfahren berücksichtigen, um einen optimalen Start zu gewährleisten.
- Im Anschluss an die in den Schritten S2, S3 und S4 durchgeführten Korrekturen wird beispielsweise in einem weiteren Schritt S5 die Startzeit bis zum Erreichen einer bestimmten Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Minimaldrehzahl während der Verdichtungstakte der Brennkraftmaschine gemessen. Mit diesen Werten können dann über eine Adaptionsfunktion in einem Schritt S6 Verschleißerscheinungen der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise eine sich über die Lebensdauer verändernde Motorreibung und/oder das sogenannte Blow-By-Verhalten berücksichtigt werden, die den Dekompressionsstart ebenfalls beeinflussen. Selbstverständlich können die Schritte S2, S3 und S4 auch in einer anderen als der hier vorgestellten Reihenfolge durchgeführt werden.
- Während bei der Offline-Korrektur die Schließzeitpunkte der Einlassventile vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine bestimmt werden, ist bei der folgenden beschriebenen Online-Korrektur, die zusätzlich oder alternativ zur Offline-Korrektur erfolgen kann, eine Anpassung und Veränderung der Schließzeitpunkte der Einlassventile während des bereits eingeleiteten Startvorgangs vorgesehen. Hierbei wird die Drehzahl n der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs überwacht. Hierzu zeigen die
2 und3 jeweils ein Diagramm, in welchem die Drehzahl n der Brennkraftmaschine über die Zeit t aufgezeichnet ist. Ein Drehzahlverlauf eines optimalen beziehungsweise geplanten Startverlaufs der Brennkraftmaschine ist dabei durch eine erste Kurve n0 dargestellt. - In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß
2 weicht der tatsächlich erfasste Startverlauf ns niedrigere Drehzahlen auf, die durch eine unzureichende Dekompression der Folgezylinder bedingt sind und zu einem Startabbruch führen. - Bereits zu Beginn wird jedoch deutlich, dass die erfasste Drehzahl ns von der erwarteten Drehzahl n0 abweicht und niedrigere Werte aufweist. Wird dies während eines Startvorgangs erkannt, werden gemäß dem vorteilhaften Verfahren die Schließzeitpunkte der Einlassventile der Folgezylinder weiter auf spät verändert beziehungsweise eine stärkere Dekompression der Folgezylinder eingestellt. Dadurch verlängert sich zwar insgesamt die Startzeit der Brennkraftmaschine um den Wert Δt1, wie in
2 eingetragen, dennoch kann der Startvorgang „gerettet“ beziehungsweise gewährleistet werden, wie durch die resultierende Drehzahl nSK dargestellt. - Durch das stärkere Dekomprimieren wird der Start noch gerettet, weil die Drehzahl n während der Verdichtung des jeweiligen Folgezylinders nicht so stark abfällt wie bei unveränderten Schließzeitpunkten.
-
3 zeigt einen im Vergleich zum erwarteten Drehzahlverlauf n0 besseren Drehzahlverlauf nB, der bereits zu Beginn zu höheren Drehzahlen als erwartet führt. In diesem Fall kann der Startverlauf noch weiter beschleunigt werden, indem die jeweilige Zylinderfüllung schneller aufgebaut wird, als zu Rotationsbeginn ursprünglich geplant. Hierzu werden die Schließzeitpunkte der Eingangsventile der Folgezylinder nach früh verschoben, so dass die Folgezylinder weniger stark als ursprünglich durch die Basissteuerzeit geplant dekomprimiert werden. Hierdurch wird erreicht, dass die Brennkraftmaschine schneller beschleunigt und die resultierende Drehzhal nBK die Mindestdrehzahl schneller erreicht. Die Startzeit verkürzt sich dabei um den in3 eingezeichneten Wert Δt2.
Claims (8)
- Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die wenigstens zwei Zylinder, einen Ventiltrieb mit mindestens einem Einlassventil und mindestens einem Auslassventil für jeden der Zylinder, wobei zumindest die Schließzeitpunkte der Einlassventile variabel einstellbar sind, und ein Direkteinspritzsystem, insbesondere Benzindirekteinspritzsystem, aufweist, wobei der Start durch eine Direkteinspritzung und Zündung in einem der Zylinder eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Start der Schließzeitpunkt mindestens eines Einlassventils von wenigstens einem anderen der Zylinder in Abhängigkeit von wenigstens einem aktuellen Zustandswert verändert wird, wobei als aktueller Zustandswert eine Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs erfasst wird, um durch eine Online-Korrektur, nämlich eine Korrektur während des Startvorgangs, eine Veränderung der Schließzeitpunkte der Einlassventile während des bereits eingeleiteten Startvorgangs durchzuführen.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als aktueller Zustandswert eine Umgebungstemperatur (To) erfasst wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aktueller Zustandswert ein Umgebungsdruck (po) erfasst wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aktueller Zustandswert eine Motortemperatur (TM) ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aktueller Zustandswert ein Schmiermittelzustand (TS), insbesondere ein die Viskosität des Schmiermittels repräsentierender Wert der Brennkraftmaschine erfasst wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem jeweils erfassten Zustandswert der Schließzeitpunkt des mindestens einen Einlassventils derart gewählt wird, dass eine für den Start optimale Dekompression in dem entsprechenden Zylinder erfolgt.
- Vorrichtung zum Betreiben, insbesondere Starten einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät vorgesehen ist, das Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis6 enthält. - Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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