DE102013212425B4 - Method for operating a spark-ignited internal combustion engine during the starting process - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer eine Kurbelwelle aufweisenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Zuführung von Verbrennungsluft in einen Brennraum der Brennkraftmaschine beim Startvorgang, bei dem mittels eines Kraftstoffinjektors Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird und ein im Brennraum gebildetes Kraftstoff-Luftgemisch zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt mittels einer Zündkerze gezündet wird, wobei eine erste größere Kraftstoffmenge in den Brennraum zur Bildung eines weitgehend homogenen Kraftstoff-Luftgemisches eingespritzt wird und eine zweite kleinere Kraftstoffmenge zur Bildung eines fetten Kraftstoff-Luftgemisches im Bereich der Zündkerze eingespritzt wird, und wobei die zweite Kraftstoffmenge während der Startphase der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt bis zum weitgehenden Erreichen einer Startsolldrehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftstoffmenge während des Ansaugtaktes eingespritzt wird.Method for operating a spark-ignited internal combustion engine having a crankshaft with direct fuel injection and supplying combustion air into a combustion chamber of the internal combustion engine during the starting process, in which fuel is injected into the combustion chamber by means of a fuel injector and a fuel-air mixture formed in the combustion chamber is ignited at a predetermined ignition point by means of a spark plug is, wherein a first larger amount of fuel is injected into the combustion chamber to form a largely homogeneous fuel-air mixture and a second smaller amount of fuel is injected to form a rich fuel-air mixture in the area of the spark plug, and wherein the second amount of fuel is injected immediately during the starting phase of the internal combustion engine is injected before the ignition point until a target starting speed of the crankshaft of the internal combustion engine has largely been reached, characterized in that the first amount of fuel is injected during the intake stroke.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer eine Kurbelwelle aufweisenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Zuführung von Verbrennungsluft in einen Brennraum der Brennkraftmaschine beim Startvorgang nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for operating a spark-ignited internal combustion engine having a crankshaft with direct fuel injection and supply of combustion air into a combustion chamber of the internal combustion engine during the starting process according to the preamble of claim 1.

Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen ist es bereits bekannt geworden, diese im automatisierten Start-Stop-Modus zu betreiben, wobei die Brennkraftmaschine durch den Benutzer eines damit ausgestatteten Fahrzeugs oder durch eine Steuereinrichtung des Fahrzeugs abgestellt werden kann, wenn beispielsweise vor einer Lichtzeichenanlage das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist und der Fahrer den Motor abstellt oder eine vorbestimmte Wartezeit bei vom Fahrer betätigter Betriebsbremse abgelaufen ist und dies von der Steuereinrichtung erkannt wird und diese dann den Motor abstellt.In order to reduce the fuel consumption of internal combustion engines, it has already become known to operate them in the automated start-stop mode, whereby the internal combustion engine can be switched off by the user of a vehicle equipped with it or by a control device of the vehicle if, for example, the vehicle is in front of a traffic light system has come to a standstill and the driver switches off the engine or a predetermined waiting time has expired with the service brake activated by the driver and this is recognized by the control device and it then switches off the engine.

Über einen von der Steuereinrichtung erkannten Auslösefaktor wird der Motor dann wieder gestartet, wobei ein solcher Auslösefaktor beispielloses darin bestehen kann, dass der Fahrer die Betriebsbremse löst oder eine Systemanforderung beispielsweise in der Form einer vom Klimakompressor geforderten Antriebsleistung die Abgabe von Motormoment erfordert.The engine is then started again via a triggering factor recognized by the control device, such a triggering factor being unprecedented in that the driver releases the service brake or a system requirement, for example in the form of a drive power required by the air conditioning compressor, requires the delivery of engine torque.

Besitzt das Fahrzeug einen Triebstrang mit einem automatisierten Schaltgetriebe oder auch einem anderen Getriebe, bei dem der Kraftfluss im Triebstrang automatisiert herbeigeführt wird, kann die Situation eintreten, dass der Fahrer einen solchen Startvorgang als unkomfortabel empfindet, weil der Motor bereits während des vom Fahrer als Startvorgang empfundenen Betriebsmodus Abtriebsmoment bereitstellt, welches zu einem Ruckeln des Fahrzeugs führt.If the vehicle has a drive train with an automated manual transmission or another transmission in which the power flow in the drive train is brought about automatically, the situation may arise where the driver finds such a starting process to be uncomfortable because the engine is already on during the starting process described by the driver perceived operating mode provides output torque, which leads to the vehicle jerking.

Ein solches Ruckeln kann dann auftreten, wenn der Motor während des Startvorgangs Drehzahloszillationen ausführt oder mit Drehzahlsprüngen in eine Zieldrehzahl für den Startvorgang fährt, wobei die Zieldrehzahl eine stabile Leerlaufdrehzahl sein kann. Während des Drehzahlsprungs gibt der Motor ein sprungartig erhöhtes Abtriebsmoment ab, was zu einem Längsruck des Fahrzeugs führen kann.Such jerking can occur when the engine performs speed oscillations during the starting process or moves with speed jumps to a target speed for the starting process, where the target speed can be a stable idle speed. During the jump in speed, the engine delivers a suddenly increased output torque, which can lead to a longitudinal jerk of the vehicle.

Anhand der DE 10 2012 220 095 A1 ist ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine beim Start bekannt geworden. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Verfahren wird in Abhängigkeit der Zeit zwischen dem automatisierten Stopp des Motors und dem automatisierten Wiederstart des Motors festgestellt, ob zusätzlicher Kraftstoff zu dem im Zylinder bereits enthaltenen Kraftstoff eingespritzt werden muss, um einen robusten Wiederstart des Motors zu erreichen. Es kann auf diese Weise dem Verdampfen von Kraftstoff und Entweichen des Kraftstoffs über ein offenes Einlassventil des betreffenden Zylinders des Motors Rechnung getragen werden.Based on DE 10 2012 220 095 A1 A method for supplying fuel to an internal combustion engine when starting has become known. In the method known from this publication, depending on the time between the automated stop of the engine and the automated restart of the engine, it is determined whether additional fuel needs to be injected to the fuel already contained in the cylinder in order to achieve a robust restart of the engine. In this way, the evaporation of fuel and escape of the fuel via an open inlet valve of the relevant cylinder of the engine can be taken into account.

Anhand der DE 10 2011 087 891 A1 , welches auf die Anmelderin zurückgeht, ist ein Verfahren zum automatischen Abschalten und Starten einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug bekannt geworden. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren, nach dem eine lang andauernde Kraftschlussverbindung in einer Zeitspanne vor dem Stillstand des Fahrzeugs zwischen dem Motor und dem Getriebe aufrechterhalten wird, um während der Zeit der Kraftschlussverbindung den Motor durch die Zufuhr von Kraftstoff und die Ansteuerung von Zündkerzen zum Abgeben von Zündfunken jederzeit wieder gestartet werden kann, ohne dass die Betätigung des Startermotors notwendig ist.Based on DE 10 2011 087 891 A1 , which goes back to the applicant, a method for automatically switching off and starting an internal combustion engine in a motor vehicle has become known. This publication describes a method according to which a long-lasting adhesion connection is maintained between the engine and the transmission in a period of time before the vehicle comes to a standstill in order to keep the engine running during the time of the adhesion connection by supplying fuel and activating spark plugs to release Ignition spark can be restarted at any time without having to operate the starter motor.

Schließlich ist anhand der DE 10 2004 017 990 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung bekannt geworden. Bei diesem bekannten Verfahren wird mittels eines Kraftstoffinjektors Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt und ein im Brennraum gebildetes Kraftstoff-Luftgemisch zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt mittels einer Zündkerze gezündet, wobei eine erste größere Kraftstoffmenge in den Brennraum zur Bildung eines weitgehend homogenen Kraftstoff-Luftgemisches eingespritzt wird und eine zweite kleinere Kraftstoffmenge zur Bildung eines fetten Kraftstoff-Luftgemisches im Bereich der Zündkerze eingespritzt wird. Mit diesem bekannten Verfahren soll in einer Nachstartphase bei sehr niedrigen Temperaturen die erforderliche Einspritzmenge reduziert werden und damit die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine verringert werden. Auch dient dieses Verfahren zum Aufheizen eines Abgaskatalysators.Finally, based on the DE 10 2004 017 990 A1 a method for operating an internal combustion engine with direct fuel injection has become known. In this known method, fuel is injected into the combustion chamber by means of a fuel injector and a fuel-air mixture formed in the combustion chamber is ignited at a predetermined ignition point by means of a spark plug, with a first larger amount of fuel being injected into the combustion chamber to form a largely homogeneous fuel-air mixture and a second smaller amount of fuel is injected to form a rich fuel-air mixture in the area of the spark plug. This known method is intended to reduce the required injection quantity in a post-start phase at very low temperatures and thus reduce the pollutant emissions of the internal combustion engine. This process is also used to heat up an exhaust gas catalytic converter.

Die DE 10 2007 048 930 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten, direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Die DE 199 48 073 B4 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor. Die DE 10 2012 220 095 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten einer Kraftmaschine.The DE 10 2007 048 930 A1 discloses a method for operating a spark-ignited, direct-injection internal combustion engine. The DE 199 48 073 B4 discloses an exhaust gas purification device for an engine. The DE 10 2012 220 095 A1 discloses a method for starting an engine.

Ausgehend von den vorstehend geschilderten Problemen beim automatisierten Wiederstart einer Brennkraftmaschine soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches einen vom Fahrer als komfortabel empfundenen Startvorgang der Brennkraftmaschine ermöglicht.Based on the problems described above when automatically restarting an internal combustion engine, a method is to be provided which enables the starting process of the internal combustion engine to be comfortable for the driver.

Die zur Lösung dieser Aufgabe geschaffene Erfindung weist die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The invention created to solve this problem has the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the method are described in the further claims.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb einer eine Kurbelwelle aufweisenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Zuführung von Verbrennungsluft in einen Brennraum der Brennkraftmaschine beim Startvorgang, bei dem mittels eines Kraftstoffinjektors Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird und ein im Brennraum gebildetes Kraftstoff-Luftgemisch zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt mittels einer Zündkerze gezündet wird, wobei eine erste größere Kraftstoffmenge in den Brennraum zur Bildung eines weitgehend homogenen Kraftstoff-Luftgemisches eingespritzt wird und eine zweite kleinere Kraftstoffmenge zur Bildung eines fetten Kraftstoff-Luftgemisches im Bereich der Zündkerze eingespritzt wird, wobei die zweite Kraftstoffmenge während der Startphase der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt bis zum weitgehenden Erreichen einer Startsolldrehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.The invention provides a method for operating a spark-ignited internal combustion engine having a crankshaft with direct fuel injection and supply of combustion air into a combustion chamber of the internal combustion engine during the starting process, in which fuel is injected into the combustion chamber by means of a fuel injector and a fuel-air mixture formed in the combustion chamber at a predetermined ignition time is ignited by means of a spark plug, with a first larger amount of fuel being injected into the combustion chamber to form a largely homogeneous fuel-air mixture and a second smaller amount of fuel being injected in the area of the spark plug to form a rich fuel-air mixture, the second amount of fuel being injected during the starting phase the internal combustion engine is injected immediately before the ignition point until a target starting speed of the crankshaft of the internal combustion engine is largely reached.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also mit anderen Worten dadurch aus, dass zunächst eine größere erste Kraftstoffmenge in den Brennraum zur Bildung eines weitgehend homogenen Kraftstoff-Luftgemisches eingespritzt wird und sodann eine deutlich kleinere zweite Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt wird und zwar in den Bereich der Zündkerze, so dass sich im Bereich der Zündkerze ein fettes Kraftstoff-Luftgemisch einstellt und zwar während der Startphase der Brennkraftmaschine zeitlich unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt und zwar solange, bis eine Startsolldrehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erreicht wird.In other words, the method according to the invention is characterized in that first a larger first amount of fuel is injected into the combustion chamber to form a largely homogeneous fuel-air mixture and then a significantly smaller second amount of fuel is injected into the combustion chamber, specifically in the area of the spark plug , so that a rich fuel-air mixture is established in the area of the spark plug, specifically during the starting phase of the internal combustion engine, immediately before the ignition point, until a target starting speed of the crankshaft of the internal combustion engine is reached.

Bei der zweiten Kraftstoffeinspritzung handelt es sich also um eine zündungsgekoppelte Einspritzung, wodurch es möglich wird, ein lokal begrenztes stabil zündungsfähiges Kraftstoff-Luftgemisch unmittelbar im Bereich der Zündkerze zu erzeugen, wodurch es ermöglicht wird, den Zündzeitpunkt in weiten Bereichen zu verändern, zu denen auch Bereiche gehören, die zu geringen Anstiegen der Drehzahl der Kurbelwelle führen, der Drehzahlgradient während der Startphase der Brennkraftmaschine also flach verläuft mit einem sich daraus ergebenden nur geringen Anstieg des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abtriebsmoments, wodurch ein Ruckeln während der Startphase effektiv verhindert werden kann. Dies ermöglicht einen Drehzahlanstieg während der Startphase von beispielsweise bis zu nur 50 Umdrehungen/Minute zwischen aufeinander folgenden Zündtakten beziehungsweise Verbrennungen.The second fuel injection is therefore an ignition-coupled injection, which makes it possible to generate a locally limited, stably ignitable fuel-air mixture directly in the area of the spark plug, which makes it possible to change the ignition timing over a wide range, including These include areas that lead to small increases in the speed of the crankshaft, i.e. the speed gradient during the starting phase of the internal combustion engine is flat with a resulting only small increase in the output torque emitted by the internal combustion engine, whereby jerking during the starting phase can be effectively prevented. This enables a speed increase during the starting phase of, for example, up to just 50 revolutions/minute between successive ignition cycles or combustion.

Die Steuerung der ersten und zweiten Kraftstoffmenge sowie der Zeitpunkt der Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches geschieht dabei derart, dass sich die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Motor der Startsolldrehzahl von unten her nähert, also Überschwinger der Drehzahl der Kurbelwelle weitgehend vermieden werden und auch sprungartige Anstiege der Drehzahl der Kurbelwelle während der Startphase weitgehend vermieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, den Zündwinkel, also den auf Grad Kurbelwinkel bezogenen Zeitpunkt der Zündung des Gemisches durch die Zündkerze während der Startphase auf bis zu 40 Grad nach dem oberen Zündungs-Totpunkt (ZOT) zu verschieben, wodurch das von der Brennkraftmaschine während der Startphase abgegebene Abtriebsmoment deutlich verringert werden kann und gleichzeitig dem Problem einer grenzwertigen Verbrennungsstabilität aufgrund der Verschiebung des Zündzeitpunkts weit nach dem ZOT entgegen gewirkt werden kann, da im Bereich der Zündkerze ein stabil zündendes fettes Kraftstoff-Luftgemisch vorliegt. Der ZOT ist dabei der obere Totpunkt des Kolbens nach einem Verdichtungstakt.The control of the first and second fuel quantity as well as the time of ignition of the fuel-air mixture is done in such a way that the internal combustion engine or the engine approaches the target starting speed from below, i.e. overshoots in the speed of the crankshaft are largely avoided and also sudden increases in the speed of the Crankshaft can be largely avoided during the starting phase. The method according to the invention makes it possible to shift the ignition angle, i.e. the point in time when the mixture is ignited by the spark plug, based on degrees of crank angle, during the starting phase to up to 40 degrees after top dead center (ZOT), which means that the internal combustion engine during The output torque delivered during the starting phase can be significantly reduced and at the same time the problem of borderline combustion stability due to the shift in ignition timing well after TDC can be counteracted, since there is a stably igniting rich fuel-air mixture in the area of the spark plug. The ZOT is the top dead center of the piston after a compression stroke.

Durch die Kombination der zündungsgekoppelten Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge während der Startphase der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt und der Verstellung des Zündzeitpunkts des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine, in den die zweite Kraftstoffmenge eingespritzt worden ist, in Richtung nach ZOT, kann ein stabiles Hochlaufen der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer Startsolldrehzahl der Kurbelwelle herbeigeführt werden, ohne dass es zu den Komfort während der Startphase beeinflussenden Ruckelschwingungen im Triebstrang beziehungsweise Motorschwingungen durch Drehzahloszillationen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs kommen kann.Through the combination of the ignition-coupled injection of the second amount of fuel during the starting phase of the internal combustion engine immediately before the ignition point and the adjustment of the ignition point of the respective cylinder of the internal combustion engine into which the second amount of fuel has been injected in the direction of ZOT, a stable start-up of the internal combustion engine can be achieved to achieve a target starting speed of the crankshaft, without jerking vibrations in the drive train or engine vibrations due to speed oscillations of the crankshaft of the vehicle's internal combustion engine affecting comfort during the starting phase.

Eine späte Verbrennung durch Spätverstellung des Zündwinkel alleine würde zu einer wenig robusten Verbrennung führen und auch die Reproduzierbarkeit der Verbrennung negativ beeinflussen. Auch würde eine Verringerung des Ventilhubs des Einlassventils bei einem hubveränderlichen Ventiltrieb zu einem ungleichmäßigen Drehzahlzuwachs beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine führen.A late combustion by retarding the ignition angle alone would lead to a less robust combustion and would also have a negative impact on the reproducibility of the combustion. A reduction in the valve lift of the inlet valve with a variable-stroke valve train would also lead to an uneven increase in speed when the internal combustion engine starts up.

Das Laufverhalten der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch eine Veränderung des zylinderselektiven Füllungsgrads durch eine entsprechende Steuerung des Ventilhubs des oder der zylinderselektiven Einlassventile weiter beeinflusst werden, um einen gleichmäßigen Drehzahlzuwachs beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine bis zur Startsolldrehzahl zu erreichen.The running behavior of the internal combustion engine during the starting process using the method according to the invention can be further influenced by changing the cylinder-selective degree of filling by appropriately controlling the valve lift of the cylinder-selective inlet valve(s) in order to achieve a uniform increase in speed when the internal combustion engine runs up to the target starting speed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen deutlichen Komfortgewinn durch geringere Schwingungsanregung des Motors beim Startvorgang und der erzielbare flache Drehzahlgradient während des Startvorgangs ermöglicht es bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Triebstrang, den Kraftschluss sanft herzustellen, ohne dass es zu einem den Komfort negativ beeinflussenden Rucken des Fahrzeugs in Längsrichtung kommt.The method according to the invention enables a significant increase in comfort due to lower vibration excitation of the engine during the starting process and the flat speed gradient that can be achieved during the starting process makes it possible to gently establish the traction in vehicles with an automated drive train without the vehicle jerking in the longitudinal direction, which has a negative impact on comfort comes.

Die erste Kraftstoffmenge wird während des Ansaugtaktes eingespritzt. Es ist dabei im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die erste Kraftstoffmenge für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gleich bemessen ist. Nach einer Alternative hierzu kann die Kraftstoffmenge beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung der Kurbelwelle oder auch von dem, den Wiederstart der Brennkraftmaschine auslösenden Ereignis auch zylinderselektiv unterschiedlich bemessen werden, wodurch die Zeitdauer bis zum Erreichen der Startsolldrehzahl beeinflusst werden kann.The first amount of fuel is injected during the intake stroke. It is provided within the scope of the invention that the first amount of fuel is dimensioned the same for each individual cylinder of the internal combustion engine. According to an alternative to this, the amount of fuel can also be dimensioned differently in a cylinder-selective manner, for example depending on the angular position of the crankshaft or also on the event that triggers the restart of the internal combustion engine, whereby the time until the target starting speed is reached can be influenced.

Es ist dabei nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass mit der ersten Kraftstoffmenge ein weitgehend stöchiometrisches homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine erreicht wird, wodurch die Stabilität der Verbrennung bei der Startphase verglichen mit einem mageren Kraftstoff-Luftgemisch verbessert werden kann.According to a further development of the invention, it is provided that with the first amount of fuel a largely stoichiometric, homogeneous fuel-air mixture is achieved in the combustion chamber of the respective cylinder of the internal combustion engine, whereby the stability of the combustion in the starting phase can be improved compared to a lean fuel-air mixture .

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die zweite Kraftstoffmenge während eines Zeitfensters von etwa 10 Grad bis etwa 0 Grad Kurbelwinkel vor dem Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine in den Brennraum eingespritzt wird. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine oder des von der Brennkraftmaschine während des Wiederstarts bereitzustellenden Abtriebsmoments oder beispielsweise in Abhängigkeit der von der Brennkraftmaschine beim Wiederstart induzierten Schwingungen erfolgen, die auch sensorisch erfasst werden können, um beispielsweise streuenden Serientoleranzen einer jeweiligen Brennkraftmaschine hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens Rechnung zu tragen.According to a further development of the method according to the invention, it is provided that the second amount of fuel is injected into the combustion chamber during a time window of approximately 10 degrees to approximately 0 degrees crank angle before the ignition point of the respective cylinder of the internal combustion engine. This can be done, for example, depending on the current temperature of the internal combustion engine or the output torque to be provided by the internal combustion engine during the restart or, for example, depending on the vibrations induced by the internal combustion engine during the restart, which can also be detected by sensors in order, for example, to determine the scattering series tolerances of a respective internal combustion engine with regard to its To take vibration behavior into account.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zeitfenster von etwa 0 Grad bis etwa 40 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine gezündet wird. Durch diese Bandbreite des auch zylinderselektiv unterschiedlich möglichen Zündzeitpunkts kann der Drehzahlgradient der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Startsolldrehzahl beeinflusst werden.According to a further development of the method according to the invention, it is provided that the fuel-air mixture is ignited in a time window of approximately 0 degrees to approximately 40 degrees crank angle after the top dead center of the compression stroke of the respective cylinder of the internal combustion engine. Through this bandwidth of the ignition timing, which can also be different depending on the cylinder, the speed gradient of the crankshaft of the internal combustion engine can be influenced until the target starting speed is reached.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die erste Kraftstoffmenge etwa 15 bis 35, vorzugsweise etwa 20 bis 30 Milligramm pro Hub und Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine beträgt. Die zweite Kraftstoffmenge kann etwa 1,5 bis etwa 3 Milligramm Kraftstoff pro Hub und Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine betragen. Durch auch eine zylinderselektiv unterschiedlich mögliche Bemessung der ersten und zweiten Kraftstoffmenge kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine bezüglich der Startzeit bis zum Erreichen der Startsolldrehzahl und der Drehzahlgradient beeinflusst werden.According to one embodiment of the method according to the invention, it is provided that the first amount of fuel is approximately 15 to 35, preferably approximately 20 to 30 milligrams per stroke and working cylinder of the internal combustion engine. The second amount of fuel can be approximately 1.5 to approximately 3 milligrams of fuel per stroke and working cylinder of the internal combustion engine. The starting behavior of the internal combustion engine can be influenced with regard to the starting time until the target starting speed and the speed gradient are reached by dimensioning the first and second fuel quantities differently, which is possible for each cylinder.

Es ist nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ganz allgemein vorgesehen, dass der Zündwinkel und die erste und/oder zweite Kraftstoffmenge so angepasst werden, dass sich die Drehzahl der Kurbelwelle während der Startphase mit einem Gradienten von etwa 50 bis 150 Umdrehungen pro Minute pro Verbrennung ändert. Wird die Kurbelwelle von einem Startermotor der Brennkraftmaschine zum Startvorgang in Drehung versetzt und erreicht eine vorbestimmte erste Drehzahl, dann sorgt jede Zündung eines der Zylinder der Brennkraftmaschine beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens dafür, dass die Kurbelwellendrehzahl um 50 bis 150 Umdrehungen pro Minute ansteigt. Durch die Veränderung der ersten und zweiten Kraftstoffmenge sowie die Steuerung des Zündzeitpunkts kann der Gradient verändert werden, so dass der gewünschte sanfte Hochlauf der Brennkraftmaschine bis zur Startsolldrehzahl erreicht werden kann. Das vom Motor durch jede einzelne Verbrennung abgegebene Abtriebsmoment steigt unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem flacheren Gradienten an als bei einer bekannten Startprozedur, dadurch sind die auf die Kurbelwellenlager wirkenden Kräfte geringer, der Motor erfährt weniger Schwingungsanregung als beim Einsatz der bekannten Startprozedur, der Fahrer nimmt den Startvorgang nicht als unkomfortabel wahr. Durch den flachen Gradienten des Motormoments wird ein Schließen des Triebstrangs während des Startvorgangs durch beispielsweise Schließen einer Kupplung im Triebstrang vom Fahrer nicht als unkomfortabel empfunden.According to a further development of the method according to the invention, it is generally provided that the ignition angle and the first and/or second fuel quantity are adjusted so that the speed of the crankshaft changes during the starting phase with a gradient of approximately 50 to 150 revolutions per minute per combustion . If the crankshaft is rotated by a starter motor of the internal combustion engine for the starting process and reaches a predetermined first speed, then each ignition of one of the cylinders of the internal combustion engine when using the method according to the invention ensures that the crankshaft speed increases by 50 to 150 revolutions per minute. By changing the first and second fuel quantities and controlling the ignition timing, the gradient can be changed so that the desired smooth start-up of the internal combustion engine up to the target starting speed can be achieved. When using the method according to the invention, the output torque emitted by the engine through each individual combustion increases with a flatter gradient than with a known starting procedure, as a result of which the forces acting on the crankshaft bearings are lower, the engine experiences less vibration excitation than when using the known starting procedure, the driver does not perceive the starting process as inconvenient. Due to the flat gradient of the engine torque, closing the drive train during the starting process, for example by closing a clutch in the drive train, is not perceived as uncomfortable by the driver.

Auch ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die erste Kraftstoffmenge in mindestens zwei Teilmengen eingespritzt wird, wodurch erreicht werden kann, dass die Eindringtiefe des Einspritzstrahls verringert wird und der Grad der Wandbenetzung der Zylinderbohrung abnimmt, wodurch Partikelemissionen während des Wiederstarts verringert werden können.According to a further development of the invention, it is also provided that the first amount of fuel is injected in at least two partial amounts, which means that the penetration depth of the injection jet is reduced and the degree of wall wetting of the cylinder bore decreases, whereby particle emissions can be reduced during the restart .

Schließlich ist es auch vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum Starten der Brennkraftmaschine eines mit Start-Stop-Automatik betriebenen Fahrzeugs verwendet wird.Finally, it is also provided that the method according to the invention is used in particular for starting the internal combustion engine of a vehicle operated with an automatic start-stop system.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Diese zeigt in der einzigen Figur ein Diagramm mit Kennlinien des Zündwinkels, der Drehzahl der Kurbelwelle und des Ventilhubs und zwar jeweils unter Einsatz eines bekannten Verfahrens zum Wiederstart einer Brennkraftmaschine und unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens.In the single figure, this shows a diagram with characteristics of the ignition angle, the speed of the crankshaft and the valve lift, each using a known method for restarting an internal combustion engine and using the method according to the invention.

Die Diagramme wurden mit einer Brennkraftmaschine mit vollvariablem Ventiltrieb aufgenommen. Die mit der Ziffer 1 bezeichnete Kurve stellt den Verlauf des Ventilhubs unter Verwendung eines bekannten Startverfahrens dar, während die mit Ziffer 2 bezeichnete Kurve den Ventilhubverlauf eines Einlassventils während des Wiederstarts nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.The diagrams were recorded using an internal combustion engine with a fully variable valve train. The curve designated by number 1 represents the course of the valve lift using a known starting method, while the curve designated by number 2 shows the valve lift curve of an inlet valve during restart according to the method according to the invention.

Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, wird das Einlassventil zur Erzielung einer guten Zylinderfüllung deutlich weiter geöffnet, als dies beim bekannten Verfahren der Fall ist.As is readily apparent, in order to achieve good cylinder filling, the inlet valve is opened significantly further than is the case with the known method.

Die mit der Ziffer 3 bezeichnete Kurve zeigt den Verlauf des Zündwinkels unter Einsatz des bekannten Verfahrens, während die mit der Ziffer 4 bezeichnete Kurve den Verlauf des Zündwinkels unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.The curve designated by number 3 shows the course of the ignition angle using the known method, while the curve designated by number 4 shows the course of the ignition angle using the method according to the invention.

Nach dem bekannten Verfahren verbleibt der Zündwinkel zunächst relativ stationär bei etwa 6 Grad Kurbelwinkel nach ZOT, während das erfindungsgemäße Verfahren bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für eine zündungsgekoppelte Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge und Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches im betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine bei etwa 28 Grad Kurbelwinkel nach ZOT sorgt.According to the known method, the ignition angle initially remains relatively stationary at approximately 6 degrees crank angle after ZOT, while the method according to the invention in the illustrated embodiment for an ignition-coupled injection of the second fuel quantity and ignition of the fuel-air mixture in the relevant cylinder of the internal combustion engine at approximately 28 degrees crank angle ZOT provides.

Der Anstieg der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der mit der Ziffer 5 beschriebenen Kurve gezeigt, während die mit der Ziffer 6 bezeichnete Kurve den Drehzahlanstieg unter Einsatz des bekannten Verfahrens zeigt.The increase in the speed of the crankshaft of the internal combustion engine using the method according to the invention is shown by the curve described with the number 5, while the curve designated with the number 6 shows the increase in speed using the known method.

Wie es im direkten Vergleich zwischen den beiden Zeitpunkten T1 und T2 ersichtlich ist, steigt die Drehzahl gemäß der Kurve 6 treppenstufenförmig an, also sprunghaft, während die Drehzahl gemäß der Kurve 5 ohne Sprungfunktion ansteigt. In ähnlicher Weise steigt die Drehzahl nach dem Zeitpunkt T2 gemäß der Kurve 5 ebenfalls ohne ausgeprägte Sprünge an, während die Drehzahl gemäß der Kurve 6 auch nach dem Zeitpunkt T2 mit deutlichen Sprüngen ansteigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen Anstieg der Drehzahl der Kurbelwelle bis zur gewünschten Startsolldrehzahl der Kurbelwelle weitgehend ohne Drehzahloszillationen und ohne treppenstufenförmige Anstiege der Drehzahl und stellt somit ein komfortables Startverfahren für den Betrieb einer Brennkraftmaschine dar, wie es insbesondere beim Einsatz an Brennkraftmaschinen von Vorteil ist, die in Fahrzeugen mit Start-Stop-Automatik als Antriebsquelle verwendet werden.As can be seen in the direct comparison between the two times T 1 and T 2 , the speed according to curve 6 increases in a step-like manner, i.e. suddenly, while the speed according to curve 5 increases without a step function. In a similar way, the speed increases after time T 2 according to curve 5 without any pronounced jumps, while the speed according to curve 6 also increases with clear jumps after time T 2 . The method according to the invention enables the speed of the crankshaft to increase up to the desired starting target speed of the crankshaft largely without speed oscillations and without step-like increases in speed and thus represents a comfortable starting method for operating an internal combustion engine, as is particularly advantageous when used on internal combustion engines be used as a drive source in vehicles with automatic start-stop systems.

Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.With regard to features of the invention that have not been explained in detail above, reference is expressly made to the claims and the drawing.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Kurve des Ventilhubs nach bekanntem StartverfahrenValve lift curve according to known starting procedure
22
Kurve des Ventilhubs nach dem erfindungsgemäßen VerfahrenCurve of the valve lift according to the method according to the invention
33
Kurve des Zündwinkels nach dem bekannten StartverfahrenCurve of the ignition angle according to the known starting method
44
Kurve des Zündwinkels nach dem erfindungsgemäßen VerfahrenCurve of the ignition angle according to the method according to the invention
55
Kurve der Kurbelwellendrehzahl nach dem erfindungsgemäßen VerfahrenCurve of the crankshaft speed according to the method according to the invention
66
Kurve der Kurbelwellendrehzahl nach dem bekannten StartverfahrenCurve of the crankshaft speed according to the known starting procedure

Claims (9)

Verfahren zum Betrieb einer eine Kurbelwelle aufweisenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Zuführung von Verbrennungsluft in einen Brennraum der Brennkraftmaschine beim Startvorgang, bei dem mittels eines Kraftstoffinjektors Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird und ein im Brennraum gebildetes Kraftstoff-Luftgemisch zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt mittels einer Zündkerze gezündet wird, wobei eine erste größere Kraftstoffmenge in den Brennraum zur Bildung eines weitgehend homogenen Kraftstoff-Luftgemisches eingespritzt wird und eine zweite kleinere Kraftstoffmenge zur Bildung eines fetten Kraftstoff-Luftgemisches im Bereich der Zündkerze eingespritzt wird, und wobei die zweite Kraftstoffmenge während der Startphase der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt bis zum weitgehenden Erreichen einer Startsolldrehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftstoffmenge während des Ansaugtaktes eingespritzt wird.Method for operating a spark-ignited internal combustion engine having a crankshaft with direct fuel injection and supplying combustion air into a combustion chamber of the internal combustion engine during the starting process, in which fuel is injected into the combustion chamber by means of a fuel injector and a fuel-air mixture formed in the combustion chamber is ignited at a predetermined ignition point by means of a spark plug is, wherein a first larger amount of fuel is injected into the combustion chamber to form a largely homogeneous fuel-air mixture and a second smaller amount of fuel is injected to form a rich fuel-air mixture in the area of the spark plug, and wherein the second amount of fuel is immediately during the starting phase of the internal combustion engine is injected before the ignition point until a target starting speed of the crankshaft of the internal combustion engine is largely reached, characterized in that the first amount of fuel is injected during the intake stroke. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Kraftstoffmenge ein weitgehend stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erreicht wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a largely stoichiometric fuel-air mixture is achieved in the combustion chamber with the first amount of fuel. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffmenge während eines Zeitfensters von etwa 10 Grad bis etwa 0 Grad Kurbelwinkel vor dem Zündzeitpunkt in den Brennraum eingespritzt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the second amount of fuel is injected into the combustion chamber during a time window of approximately 10 degrees to approximately 0 degrees crank angle before the ignition point. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff-Luftgemisch durch die Zündkerze in einem Zeitfenster von etwa 0 Grad bis etwa 40 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes gezündet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel-air mixture is ignited by the spark plug in a time window of approximately 0 degrees to approximately 40 degrees crank angle after top dead center of the compression stroke. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftstoffmenge etwa 15 bis 35, vorzugsweise etwa 20 bis 30 Milligramm Kraftstoff pro Hub und Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first amount of fuel is approximately 15 to 35, preferably approximately 20 to 30 milligrams of fuel per stroke and working cylinder of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffmenge etwa 1.5 bis etwa 3 Milligramm Kraftstoff pro Hub und Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second amount of fuel is approximately 1.5 to approximately 3 milligrams of fuel per stroke and working cylinder of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel und die erste und/oder zweite Kraftstoffmenge so angepasst werden, dass sich die Drehzahl der Kurbelwelle während der Startphase mit einem Gradienten von etwa 50 bis 150 Umdrehungen pro Minute pro Verbrennung ändert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition angle and the first and/or second fuel quantity are adjusted so that the speed of the crankshaft changes during the starting phase with a gradient of approximately 50 to 150 revolutions per minute per combustion. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftstoffmenge in mindestens zwei Teilmengen eingespritzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first quantity of fuel is injected in at least two partial quantities. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Starten der Brennkraftmaschine eines mit Start-Stop-Automatik betriebenen Fahrzeugs.Use of the method according to one of the preceding claims for starting the internal combustion engine of a vehicle operated with an automatic start-stop system.
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