DE102015224758A1 - Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten oder Stoppen eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass während des Startvorgangs oder des Stoppvorgangs eine Dekompression zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors durch Variieren eines Ventilhubs eines Einlassventils erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein Steuergerät zum Ausführen dieses Verfahrens.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Verbrennungsmotoren mittels eines Anlassers zu starten. Dabei müssen die Zylinder des Verbrennungsmotors abhängig von ihrem jeweiligen Takt Frischluft oder ein Frischluft-Verbrennungsmittel-Gemisch ansaugen und dieses verdichten. Ein derartiges vollständiges Ansaugen und Verdichten ist für einen Start des Verbrennungsmotors allerdings nicht notwendig und führt vielmehr zu einer erheblichen Belastung einer Anlassermechanik und zu einem akustisch und schwingungstechnisch auffälligen Start.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, das bei einfacher und kostengünstiger Aufwendung einen sicheren, zuverlässigen und schwingungsarmen Start eines Verbrennungsmotors erlaubt.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors, wobei während des Startvorgangs zumindest ein Zylinder des Verbrennungsmotors dekomprimiert wird. Insbesondere ist der Zylinder bei geschlossenem Einlassventil dekomprimiert. Unter dekomprimiertem Zylinder ist zu verstehen, dass der Zylinder, insbesondere nach einem Ansaugtakt, ein geringeres Luftvolumen aufweist, als bei den Bedingungen außerhalb des Verbrennungsmotors maximal in den Zylinder gefüllt werden könnte. Somit herrscht in dem komprimierten Zylinder ein Unterdruck gegenüber einer Umgebung des Verbrennungsmotors. Insbesondere herrscht der Unterdruck nach einem Ansaugtakt des Zylinders des Verbrennungsmotors. Die Dekompression des Zylinders wird dadurch erreicht, dass ein Ventilhub des Einlassventils variiert wird. Insbesondere wird der Ventilhub minimiert. Unter Ventilhub ist dabei derjenige Weg zu verstehen, den das Einlassventil während einer vollständigen Öffnungsbewegung zurücklegt. Somit entspricht der Ventilhub insbesondere der Distanz zwischen einer Position, in der das Einlassventil vollständig geöffnet ist, und einer Position, in der das Einlassventil vollständig geschlossenen ist. Zur Einstellung des Ventilhubs weißt der Verbrennungsmotor vorteilhafterweise eine variable Ventilsteuerung auf. Der Ventilhub wird insbesondere derart eingestellt, dass eine verminderte Luftmenge in den Zylinder gelangen kann, wodurch der Zylinder nicht vollständig mit Luft gefüllt wird. Somit wird nach dem Schließen des Ventils ein Unterdruck innerhalb des Zylinders erzeugt, wodurch der Zylinder dekomprimiert ist. Durch die Dekompression des Zylinders muss der Zylinder beim Starten des Verbrennungsmotors eine verringerte Kompressionsarbeit verrichten, wodurch einerseits die Mechanik einer Anlasservorrichtung des Verbrennungsmotors geschont wird und gleichzeitig ein Schwingungsverhalten des Verbrennungsmotors optimiert wird.
  • Das beschriebene Verfahren ist auch für einen Stoppvorgang des Verbrennungsmotors anwendbar. Dabei ist dieselbe Dekompression wie zuvor beschrieben vorteilhaft, wobei ein Antrieb des Verbrennungsmotors nicht durch eine externe Anlasservorrichtung erfolgt, sondern der Verbrennungsmotor vielmehr bis zum Stillstand ausläuft. Durch die Dekompression des zumindest einen Zylinders aufgrund der Variierung des Ventilhubs des Einlassventils ist ein Schwingungsverhalten des Verbrennungsmotors verbessert.
  • Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Einlassventil geschlossen, bevor ein dem Zylinder zugeordneter Kolben einen unteren Totpunkt erreicht. Insbesondere stellt der untere Totpunkt ein Ende eines Ansaugtaktes des Kolbens dar. Durch ein solches frühes Schließen, das bedeutet ein Schließen vor erreichen des unteren Totpunkts durch den Kolben, wird ein Unterdruck innerhalb des Zylinders erzeugt, wodurch der Kolben bei einem anschließenden Verdichtungstakt eine verringerte Kompressionsarbeit leisten muss.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors ein Dekompressionsgrad individuell eingestellt wird. Somit ist insbesondere die Luftmenge, die sich innerhalb ihres Zylinders befindet, individuell eingestellt. Auf diese Weise lässt sich der Startvorgang des Verbrennungsmotors, das heißt ein Übergang von einer Rotation des Verbrennungsmotors durch eine Anlassvorrichtung zu einer Rotation des Motors durch die Arbeitsgänge von Kolben des Verbrennungsmotors, optimieren. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass der Startvorgang sehr schwingungsarm und akustisch leise abläuft, sodass ein Benutzer des Verbrennungsmotors durch den Startvorgang nicht gestört wird.
  • Besonders vorteilhaft umfasst ein Ventilhub einen Hub zwischen null Millimeter und zwei Millimeter, insbesondere zwischen null Millimeter und einem Millimeter. Mit solchen Werten ist sichergestellt, dass nur eine minimale oder gar keine Luftmenge in den Zylinder gelangen kann, wodurch der Zylinder dekomprimiert ist und nur eine geringe Verdichtungsarbeit leisten muss. Falls keine Frischluft in den Zylinder gelangt, was mit einem Ventilhub von null Millimetern erreicht wird, ist eine Verbrennung innerhalb des Zylinders insbesondere durch bereits in dem Zylinder vorhandene Frischluft möglich.
  • Die Dekompression erfolgt vorzugsweise außerdem durch Verstellen einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors in Richtung früher Einlassspreizungen. Hierzu weist der Verbrennungsmotor vorteilhafterweise eine variable Nockenwellenverstellung auf, die insbesondere durch Phasensteller realisiert ist. Durch das Verstellen der Nockenwelle in Richtung früher Einlassspreizungen wird bewirkt, dass das Einlassventil sehr früh schließt. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass das Einlassventil geschlossen wird, bevor ein Kolben des Zylinders einen unteren Totpunkt erreicht. Auf diese Weise wird ein Unterdruck innerhalb des Zylinders erzeugt. Somit muss der Kolben des Zylinders nur eine geringe Verdichtungsarbeit leisten.
  • Die Dekompression erfolgt bevorzugt außerdem dadurch, dass zumindest ein Nullhub erfolgt. Bei dem Nullhub bleibt das Einlassventil des Zylinders geschlossen. Somit kann keine Frischluft in den Zylinder angesaugt werden, wodurch innerhalb des Zylinders eine verringerte Kompressionsarbeit verrichtet werden kann. Auf diese Weise werden die oben beschriebenen Vorteile erreicht. Bevorzugt ist eine Verbrennung innerhalb des Zylinders mit in dem Zylinder bereits vorhandener Frischluft ermöglicht.
  • Besonders vorteilhaft weist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors im Stand eine vordefinierte Stellung auf. Dabei ist vorgesehen, dass der Füllgrad des zumindest einen Zylinders durch die vordefinierte Stellung eingestellt ist. Somit ist ein Grad der Dekompression des Zylinders durch die Stellung der Kurbelwelle vorgegeben. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor gerichtet abgestellt wird, das heißt, dass die Kurbelwelle beim Abstellen des Verbrennungsmotors die vordefinierte Stellung einnimmt. Somit ist insbesondere das Füllvolumen aller Zylinder durch den Stand der Kurbelwelle vorgegeben. Außerdem werden die Zylinder nicht mit neuer Luft gefüllt, wodurch das durch die Kurbelwelle eingestellte Füllvolumen der Zylinder bestehen bleibt. Insbesondere ist die vordefinierte Stellung der Kurbelwelle derart gewählt, dass sich der Zylinder, insbesondere jeder Zylinder des Verbrennungsmotors, nicht an seinem unteren Totpunkt befindet. Somit ist sichergestellt, dass ein Füllvolumen des Zylinders geringer ist als ein maximales Füllvolumen. Auf diese Weise ist der Zylinder dekomprimiert.
  • Das Ausrichten der Kurbelwelle, sodass diese in der vordefinierten Stellung stillsteht, erfolgt insbesondere durch eine Anlasservorrichtung. Mit der Anlasservorrichtung ist die Kurbelwelle rotierbar. Somit lässt sich die vordefinierte Stellung einstellen. Alternativ zu der Anlasservorrichtung ist die vordefinierte Stellung der Kurbelwelle auch durch einen alternativen Antrieb, wie insbesondere eine Elektromaschine, einstellbar. Dazu ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durch den alternativen Antrieb rotierbar ist.
  • Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass zum Starten des Verbrennungsmotors alle Zylinder des Verbrennungsmotors dekomprimiert werden. Somit kann ein geräuscharmer und schwingungsarmer Start des Verbrennungsmotors erreicht werden, wobei gleichzeitig eine Anlassermechanik des Verbrennungsmotors entlastet wird.
  • Die Dekompression ist außerdem vorteilhaft wenn sich der Verbrennungsmotor in einem Schleppbetrieb befindet. Ein Schleppbetrieb liegt insbesondere dann vor, wenn ein alternativer Antrieb vorhanden ist. Ist der Verbrennungsmotor Teil eines Fahrzeugs, so ist der alternative Antrieb insbesondere ein Elektromotor. Wird das Fahrzeug durch den Elektromotor angetrieben, ohne den Verbrennungsmotor abzukoppeln, so befindet sich der Verbrennungsmotor im Schleppbetrieb. Hier ist bevorzugt vorgesehen, zumindest einen Zylinder durch Variieren des Ventilhubs des Einlassventils zu dekomprimieren, um einen Widerstand des Verbrennungsmotors im Schleppbetrieb zu minimieren sowie einen Schwingungskomfort zu verbessern. Bevorzugt wird der Verbrennungsmotor von dem alternativen Antrieb nach Beendigung des Schleppbetriebs erneut gestartet.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, zumindest während des Startvorgangs einen Ventilhub des Einlassventils anhand von Umgebungsbedingungen, insbesondere anhand einer Umgebungstemperatur, und / oder anhand einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors, zu variieren. Somit lassen sich vorteilhafte Randbedingungen für das Starten des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von aktuellen Umgebungsbedingungen schaffen. Insbesondere ist dadurch der Grad der Dekompression variabel, sodass stets eine vorteilhafte Luftmenge innerhalb des Zylinders vorhanden ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt. Das Computerprogrammprodukt umfasst einen maschinenlesbaren Code zum Ausführen des Verfahrens wie zuvor beschrieben. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass das Computerprogrammprodukt auf einer Rechenvorrichtung ausgeführt wird. Die Rechenvorrichtung ist vorteilhafterweise ein Steuergerät, insbesondere ein Mikrochip.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor. Das Steuergerät ist vorteilhafterweise eingerichtet, den Verbrennungsmotor gemäß einem Verfahren wie zuvor beschrieben zu starten. Somit erlaubt das Steuergerät einen schwingungsarmen und geräuscharmen Motorstart, bei dem die Anlassermechanik entlastet ist.
  • Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor ein Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, ist. Dabei kann das Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors einerseits ausgeführt werden, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs einen Schlüsselstart veranlasst, das heißt den Motor manuell starten möchte. Andererseits kann das Verfahren ausgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor nach einem automatisierten Stopp, beispielsweise bei einem an einer Ampel wartenden Fahrzeug, automatisch erneut gestartet werden soll.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gestartet werden kann.
  • 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Zylinder 4, in dem ein Kolben 3 bewegbar ist. Über eine Nockenwelle 2 ist ein Einlassventil 5 des Verbrennungsmotors 1 ansteuerbar.
  • Es ist vorgesehen, dass alle Zylinder 4 des Verbrennungsmotors 1 dekomprimiert sind, wenn der Verbrennungsmotor 1 gestartet wird. Die Dekompression, insbesondere ein Grad der Dekompression, kann dazu unterschiedlich eingestellt werden. So ist es insbesondere vorgesehen, dass das Einlassventil 5 durch eine variable Ventilsteuerung derart angesteuert wird, dass ein Ventilhub zwischen 0 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0 mm und 1 mm, eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Nockenwelle 2 durch eine Nockenwellenverstellung, insbesondere durch Phasensteller, in Richtung früher Einlassspreizungen verstellt wird. Auf diese Weise schließt das Einlassventil 5 bevor der Kolben 3 einen unteren Totpunkt erreicht.
  • Durch die Dekompression des Zylinders 4 ist sichergestellt, dass der Kolben 3 nur eine geringe Kompressionsarbeit verrichten muss, wenn sich dieser von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt im Verdichtungstakt bewegt. Auf diese Weise ist ein Schwingungsverhalten sowie eine Geräuschemission des Verbrennungsmotors 1 während des Startvorgangs optimiert, wobei gleichzeitig eine Anlassermechanik des Verbrennungsmotors 1 entlastet ist.
  • Weiterhin ist vorteilhafter Weise eine Dekompression durch Einstellen eines Nullhubs des Einlassventils 5 vorhanden. Dazu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor 1 gerichtet abgestellt ist. Durch ein gerichtetes Abstellen weist eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 1 eine vordefinierte Stellung auf. In der vordefinierten Stellung ist ein Füllungsgrad jedes Zylinders 4 des Verbrennungsmotors 1 vordefiniert. Somit kann durch Wahl der vordefinierten Stellung festgelegt werden, welcher Zylinder 4 welchen Füllungsgrad aufweisen soll. Wird ein Füllungsgrad gewählt, bei dem sich der Kolben 3 nicht an seinem unteren Totpunkt befindet, so ist der Füllungsgrad des Zylinders 4 geringer als ein maximaler Füllungsgrad. Der maximale Füllungsgrad entspricht demjenigen Volumen, das der Zylinder 4 aufweist, wenn der Kolben 3 an dem unteren Totpunkt angelangt ist. Durch den geringeren Füllungsgrad ist eine Dekompression des Zylinders 4 vorhanden. Somit muss der Kolben 3 nur eine geringe Kompressionsarbeit verrichten, wenn dieser im Verdichtungstakt von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bewegt wird.
  • Am Ende des Startvorgangs ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Ventilhub des Einlassventils 5 erhöht wird, um in einen konventionellen Betrieb des Verbrennungsmotors 1 zu wechseln. Außerdem ist während des Startvorgangs bevorzugt vorgesehen, dass ein Ventilhub des Einlassventils 5 sowie eine Verstellung der Nockenwelle 2 anhand von Umgebungsbedingungen, insbesondere anhand einer Umgebungstemperatur, und / oder anhand einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 1, vorgenommen wird.
  • Die vorbeschriebene Möglichkeit der Dekompression des Zylinders 4 ist nicht nur bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors 1 vorteilhaft. Die Dekompression wie zuvor beschrieben kann auch erfolgen, wenn der Verbrennungsmotor 1 gestoppt werden soll. Wird der Verbrennungsmotor 1 in einem Fahrzeug als Antrieb verwendet, so kann insbesondere bei Hybridfahrzeugen erforderlich sein, dass ein alternativer Antrieb das Fahrzeug bewegen soll. Soll in diesem Fall der Verbrennungsmotor 1 weiter rotiert werden, so ist vorteilhafterweise eine Dekompression des Zylinders 4, bevorzugt aller Zylinder 4 des Verbrennungsmotors 1, vorgesehen, um so den alternativen Antrieb zu entlasten.
  • Wird der Verbrennungsmotor mit den beschriebenen dekomprimierten Zylindern 4 gestartet, so ergibt sich ein Vorteil bezüglich Schwingungskomfort und Akustik sowie eine Reduktion einer Leistungsanforderung an das Anlassersystem.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Nockenwelle
    3
    Kolben
    4
    Zylinder
    5
    Einlassventil

Claims (13)

  1. Verfahren zum Starten oder Stoppen eines Verbrennungsmotors (1), dadurch gekennzeichnet, dass während des Startvorgangs oder des Stoppvorgangs eine Dekompression zumindest eines Zylinders (4) des Verbrennungsmotors (1) durch Variieren eines Ventilhubs eines Einlassventils (5) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (5) geschlossen wird, bevor ein dem Zylinder zugeordneter Kolben (3) einen unteren Totpunkt erreicht.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (1) ein Dekompressionsgrad individuell eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilhub einen Hub zwischen 0 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0 mm und 1 mm, umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekompression durch Einstellen einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors in Richtung früher Einlassspreizungen erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekompression durch zumindest einen Nullhub erfolgt, bei dem ein Einlassventil (5) des Zylinders (4) geschlossen bleibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) im Stand eine vordefinierte Stellung aufweist, sodass ein Füllungsgrad des zumindest einen Zylinders (4) durch die vordefinierte Stellung der Kurbelwelle eingestellt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Stellung der Kurbelwelle im Anschluss an den Stoppvorgang durch eine Anlasservorrichtung und/oder einen alternativen Antrieb, insbesondere eine Elektromaschine, eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten des Verbrennungsmotors (1) alle Zylinder (4) dekomprimiert werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dekompression zumindest eines Zylinders (4) des Verbrennungsmotors (1) durch Variieren des Ventilhubs des Einlassventils (5) während eines Schleppbetriebs erfolgt, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor durch einen alternativen Antrieb angetrieben wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhub anhand von Umgebungsbedingungen, insbesondere anhand einer Umgebungstemperatur, und / oder anhand einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors (1), eingestellt wird.
  12. Computerprogrammprodukt umfassend maschinenlesbaren Code zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Rechenvorrichtung ausgeführt wird.
  13. Steuergerät für einen Verbrennungsmotor (1), wobei das Steuergerät eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zu starten.
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