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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Brennraum aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 103 06 145 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine mittels eines Direktstarts gestartet und dadurch aus einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand überführt. Unter dem Direktstart ist insbesondere ein anlasserloser verbrennungsmotorischer Start der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen, sodass diese nicht etwa mittels eines Anlassers, sondern lediglich dadurch gestartet und somit in ihren aktivierten Zustand beziehungsweise in einen befeuerten Betrieb überführt wird, dass in dem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum Verbrennungsvorgänge, insbesondere aus einer Ruheposition heraus, bewirkt werden. Unter der Ruheposition ist insbesondere zu verstehen, dass sich vor dem Direktstart eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine nicht dreht, das heißt in der Ruheposition beziehungsweise im Stillstand befindet. Im Rahmen des Direktstarts wird die Abtriebswelle nicht etwa mittels eines Anlassers, das heißt nicht mittels eines Elektromotors, sondern lediglich dadurch in Drehung versetzt, dass in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge bewirkt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich der Direktstart besonders vorteilhaft durchführen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich der Direktstart besonders vorteilhaft durchführen lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem dem Direktstart zeitlich unmittelbar vorweggehenden und zum Herbeiführen des deaktivierten Zustand durchgeführten Abstellvorgangs der Verbrennungskraftmaschine deren befeuerter Betrieb beendet und danach zumindest Wasser, insbesondere ein zumindest Wasser umfassendes Gemisch, in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum eingebracht wird. Insbesondere ist es beispielsweise vorgesehen, dass lediglich Wasser oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, oder eine Wasseremulsion in den Brennraum eingebracht wird. Unter dem Merkmal, dass der Abstellvorgang dem Direktstart zeitlich unmittelbar vorweggeht, ist insbesondere zu verstehen, dass zwischen dem Abstellvorgang und dem direkt beziehungsweise unmittelbar darauffolgenden Direktstart kein weiterer Abstellvorgang und kein weiterer Startvorgang, in dessen Rahmen die Verbrennungskraftmaschine auch ihrem deaktivierten Zustand in ihren aktivierten Zustand überführt wird, erfolgt, sondern der deaktivierte Zustand, aus welchem die Verbrennungskraftmaschine mittels des Direktstarts in den aktivierten Zustand überführt wird, wird beziehungsweise wurde mittels genannten, dem Direktstart unmittelbar vorweggehenden Abstellvorgangs bewirkt.
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Das Wasser beziehungsweise das Gemisch oder die Wasseremulsion kann dabei indirekt und somit beispielsweise über einen Einlasstrakt, das heißt über geöffnete Einlassventile, in den Brennraum eingebracht werden. Alternativ ist es denkbar, dass das Wasser beziehungsweise das Gemisch oder die Emulsion direkt in den Brennraum eingebracht beziehungsweise eingespritzt wird. Das Gemisch umfasst beispielsweise das Wasser und wenigstens einen von Wasser unterschiedlichen Stoff, wobei es sich bei dem Stoff um Alkohol, insbesondere um Glykol, handeln kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine mehrere, insbesondere als Zylinder ausgebildete Brennräume umfasst, wobei zumindest das Wasser in den bei dem Abstellvorgang zuletzt ansaugenden Brennraum oder in die zwei bei dem Abstellvorgang zuletzt ansaugenden Brennräume oder in alle Brennräume eingebracht wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass für den Direktstart, das heißt für einen anlasserlosen verbrennungsmotorischen Start aus eine Ruheposition die auch als Zylinderfüllung bezeichnete Füllung, die in der Ruheposition beziehungsweise im Stillstand in dem wenigstens einen Brennraum aufgenommen ist, maßgebend für den Erfolg des Direktstarts ist. Dabei bestimmen die Zusammensetzung und die Temperatur der Zylinderfüllung die darin enthaltene Masse an Frischluft beziehungsweise Sauerstoff. Diese Masse ist die maximal für eine Verbrennung nutzbare Menge an Sauerstoff und somit eine limitierende Größe für die mit der Zylinderfüllung erzielbare Arbeit am Kolben. Mit steigender Kühlmitteltemperatur steigen auch die Zylinderwandtemperatur und damit die Temperatur der Zylinderfüllung, womit deren Dichte abnimmt und damit auch deren Masse. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Direktstart, das heißt der verbrennungsmotorische Start ohne Fremdhilfe in seinem Funktionsbereich im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen aufgeweitet und robuster dargestellt werden.
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Die Einbringung beziehungsweise Einspritzung des Wassers beziehungsweise des Gemisches oder der Emulsion kann als Direkteinspritzung durchgeführt werden. Hierzu ist beispielsweise ein separater Injektor oder aber ein Doppelnadelinjektor vorgesehen, mittels welchem zumindest das Wasser direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann. Ferner kann das Wasser als Kanaleinspritzung, insbesondere mittels eines Mehrlochventils, in den Zylinder eingebracht sein, sodass das Wasser beispielsweise stromauf der Einlassventile in den Einlasstrakt eingespritzt wird. Von dem Einlasstrakt kann beispielsweise das Wasser über die geöffneten Einlassventile in den Brennraum einströmen. Im Rahmen der Direkteinspritzung wird das Wasser stromab der Einlassventile direkt in den Brennraum eingespritzt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagramm, anhand dessen im Folgenden ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und umfasst wenigstens einen Brennraum, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist. Insbesondere weist die Verbrennungskraftmaschine mehrere, insbesondere als Zylinder ausgebildete Brennräume auf. In den Brennräumen sind jeweilige Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Die jeweiligen Kolben sind über jeweilige Pleuel gelenkig mit einer beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, sodass die translatorischen Bewegungen der Kolben in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt werden können. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein Abstellvorgang der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt. Bei dem Abstellvorgang der Verbrennungskraftmaschine wird deren befeuerter Betrieb beendet. Durch den Abstellvorgang wird die Verbrennungskraftmaschine aus ihrem befeuerten Betrieb und somit aus ihrem aktivierten Zustand in einen unbefeuerten Betrieb und somit in einen deaktivierten Zustand überführt. Im Rahmen des befeuerten Betriebs laufen in den Zylindern Verbrennungsvorgänge ab, durch welche die Kolben und über die Kolben die Kurbelwelle angetrieben werden, wodurch die Kurbelwelle um ihre Drehachse gedreht wird. Der befeuerte Betrieb wird beispielsweise derart beendet, dass eine Zufuhr von Kraftstoff in die Zylinder beendet wird. Infolge des Beendens des befeuerten Betriebs finden in den Zylindern keine Verbrennungsvorgänge mehr statt, sodass die Abtriebswelle nicht mehr angetrieben wird und beispielsweise in ihren Stillstand und somit in ihre Ruheposition kommt.
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Bei einem sich zeitlich an den ersten Schritt S1 anschließenden zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird ein Direktstart durchgeführt, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine gestartet und dadurch aus dem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand und somit in den befeuerten Betrieb überführt wird. Das Starten der Verbrennungskraftmaschine wird auch als Anlassen der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet. Im Rahmen des Direktstarts wird die Verbrennungskraftmaschine insbesondere aus der Ruheposition beziehungsweise aus dem Stillstand der Abtriebswelle heraus gestartet, sodass sich die Abtriebswelle zunächst im Stillstand befindet und im Zuge des Direktstarts angetrieben wird. Unter dem Direktstart ist dabei zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine anlasserlos gestartet wird, sodass die Abtriebswelle aus ihrem Stillstand heraus nicht etwa mittels einer elektrischen Maschine, sondern ohne Fremdhilfe lediglich mittels in den Zylindern ablaufenden Verbrennungsvorgängen angetrieben und dadurch um ihre Drehachse gedreht wird. Mit anderen Worten werden im Rahmen des Direktstarts in den Zylindern Verbrennungsvorgänge ohne Zuhilfenahme eines Anlassers bewirkt, wodurch die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere aus dem Stillstand der Abtriebswelle heraus, aktiviert, das heißt in den aktivierten Zustand überführt wird.
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Um nun den Direktstart besonders vorteilhaft und insbesondere robust durchführen zu können, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass bei dem dem Direktstart zeitlich unmittelbar vorweggehenden und zum Herbeiführen des deaktivierten Zustands durchgeführten Abstellvorgang, welcher bei dem ersten Schritt S1 durchgeführt wird, der befeuerte Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beendet und danach, das heißt nach dem Beenden des befeuerten Betriebs zumindest Wasser in wenigstens einen. der Zylinder, insbesondere mittelbar oder direkt, eingebracht beziehungsweise eingespritzt wird. Da das Wasser nach Beenden des befeuerten Betriebs in den wenigstens einen Zylinder eingebracht wird, nimmt das in dem wenigstens einen Zylinder aufgenommene Wasser nicht an Verbrennungsvorgängen teil, sondern das Wasser verdampft beispielsweise aufgrund von in dem wenigstens einen Zylinder herrschenden Temperaturen, die beispielsweise aus dem zeitlich vorweggehenden befeuerten Betrieb resultieren.
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Vorzugsweise wird das Wasser in den wenigstens einen Zylinder eingebracht, bevor die Abtriebswelle ihre Ruheposition beziehungsweise ihren Stillstand erreicht. Beispielsweise wird das Wasser vernebelt, da es beispielsweise verdunstet und/oder da es insbesondere mit hohem Druck in den Brennraum eingebracht wird. Insbesondere ist es denkbar, dass bei dem ersten Schritt S1 das Wasser in den zuletzt ansaugenden Zylinder oder in die zwei zuletzt ansaugenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine direkt oder indirekt eingebracht wird.
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Es wurde gefunden, dass für den Direktstart, das heißt für den anlasserlosen verbrennungsmotorischen Start aus der Ruheposition, die Zylinderfüllung im Stillstand maßgebend für den Starterfolg ist. Dabei bestimmen die Zusammensetzung und die Temperatur der Zylinderfüllung die darin enthaltene Masse an Frischluft beziehungsweise Sauerstoff. Diese Masse ist die maximal für eine Verbrennung nutzbare Menge an Sauerstoff und somit eine limitierende Größe für die mit der Zylinderfüllung erzielbare Arbeit am jeweiligen Kolben. Mit steigender Zylinderwandtemperatur, insbesondere durch Aufheizung der Motorfestkörperstruktur, des Kühlwassers und des Motoröls, steigt auch damit die Temperatur der Zylinderfüllung, womit deren Dichte abnimmt und damit auch deren Masse. Um beim Direktstart in allen Zylinderwandtemperaturbereichen eine möglichst große Arbeit erzielen zu können, muss die Dichte der Zylinderfüllung des ersten arbeitenden Zylinders oder der ersten beiden arbeitenden Zylinder ebenfalls möglichst groß sein beziehungsweise die Temperatur klein. Bei dem ersten arbeitenden Zylinder oder bei den ersten beiden arbeitenden Zylindern handelt es sich beispielsweise um den beziehungsweise um die Zylinder, in den beziehungsweise die Kraftstoff zum Bewirken des Direktstarts eingebracht wird. Beispielsweise ist der erste arbeitende Zylinder beziehungsweise sind die beiden ersten arbeitenden Zylinder der beziehungsweise die bei dem Abstellvorgang zuletzt ansaugenden Zylinder.
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Um eine besonders geringe Temperatur beziehungsweise eine besonders hohe Dichte der Zylinderfüllung zu erreichen, soll auf den ersten arbeitenden Zylinder beziehungsweise auf den ersten beiden arbeitenden Zylindern, auf dem beziehungsweise denen direkt gestartet wird, mittels Wassereinspritzung während des Ansaugvorgangs die Verdampfungsenthalpie des Wassers beziehungsweise eines zumindest Wasser umfassenden Gemisches, welches auch als Stoffgemisch bezeichnet wird, zur Ladungstemperaturabsenkung beziehungsweise Ladungsdichteerhöhung genutzt werden. Das Wasser wird beispielsweise in den wenigstens einen Zylinder beziehungsweise in die Zylinder eingebracht, während der wenigstens eine Zylinder beziehungsweise die Zylinder einen Ansaugvorgang durchführen und somit, insbesondere über geöffnete Einlassventile, Luft beziehungsweise Frischluft in den jeweiligen Zylinder einsaugen.
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Die Realisierung der Wassereinbringung erfolgt beispielsweise derart, dass im Rahmen des Abstellvorgangs, welcher auch als Stoppvorgang bezeichnet wird, und insbesondere im Rahmen eines Auslaufs der Abtriebswelle, die im Zuge des Auslaufs ihre Drehzahl insbesondere bis zur Ruheposition verringert, von einer Mikroelektronik wenigstens einer der Zylinder oder eine mehrere der Zylinder umfassende Zylindergruppe ermittelt wird, der beziehungsweise die im unmittelbar bevorstehenden Stillstand der Abtriebswelle mit geschlossenen Ventilen, insbesondere Einlassventilen, stehen bleibt beziehungsweise bleiben. Mit anderen Worten wird der Zylinder beziehungsweise werden die Zylinder ermittelt, dessen beziehungsweise deren Ventile, insbesondere Einlassventile, während des Stillstands beziehungsweise während der Ruheposition der Abtriebswelle geschlossen sind. In diesen ermittelten Zylinder beziehungsweise in diese ermittelten Zylinder wird, insbesondere geregelt oder gesteuert von der Mikroelektronik, während der zuvor stattfindenden Ansaugphase direkt in den jeweiligen Zylinder oder über den Einlasstrakt und die dann geöffneten Einlassventile ein flüssiger Stoff in Form des Wassers beziehungsweise ein flüssiges Stoffgemisch, welches zumindest das Wasser umfasst, eingebracht, insbesondere eingespritzt.
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Diese Einbringung beziehungsweise Einspritzung kann durch einen separaten Injektor oder aber einen Doppelnadelinjektor, welcher beispielsweise nur zur Durchführung einer Wasserdirekteinspritzung ausgebildet ist, durchgeführt werden. Dabei ist beispielsweise jedem Zylinder ein einzeln ansteuerbarer Injektor zugeordnet, mittels welchem zumindest das Wasser beziehungsweise ein zumindest das Wasser umfassendes Gemisch in den Zylinder eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, werden kann. Zwischen dem Wasser und der Zylinderladung beziehungsweise Zylinderfüllung besteht ein Temperaturunterschied. Infolge dieses Temperaturunterschiedes wird das Wasser verdampft, sodass dessen Verdampfungsenthalpie zu einer Abkühlung der Luft im Zylinder noch während der geöffneten Einspritzventile beziehungsweise Einlassventile herbeiführt. Die dann steigende Dichte führt zu einer Vergrößerung der zum Zeitpunkt Einlass – schließt im Zylinder befindlichen Luft – beziehungsweise Sauerstoffmasse.
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Das Verfahren kann insbesondere in solchen Kennfeldbereichen durchgeführt werden, in denen es zu einem Motorauslauf nach einer Motorabschaltung kommt. Durch das Verfahren kann eine Füllungserhöhung für den Wiederstart beziehungsweise Direktstart realisiert werden. Im Folgenden werden beispielsweise Zeitpunkte für eine zusätzliche Einbringung des Wassers genannt:
- – im gesamten Auslauf, das heißt mit Stoppanforderung beziehungsweise Einspritzausblendung bis Stillstand (keine Identifikation des/der letzten ansaugenden Zylinder durch Mikroelektronik nötig)
- – im Ansaugtakt des vorletzten ansaugenden Zylinders (Zylinder, der im Arbeitstakt stehenbleibt (Direktstartzylinder))
- – im Ansaugtakt der letzten beiden ansaugenden Zylinder (Zylinder, deren im Arbeitstakt stehenbleibt (Direktstartzylinder für konventionellen Direktstart) und Zylinder, der im Kompressionstakt stehenbleibt (Startzylinder für anlasserunterstützten Direktstart beziehungsweise Rückdrehzylinder für erweiterten Direktstart))
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Die Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise als Ottomotor ausgebildet und kann eine Kraftstoffdirekteinspritzung aufweisen. Die Direktstartvariante „konventioneller Direktstart” als komfortabelster aller verbrennungsmotorischen Startarten (geringste Schwingungsanregung des Motors) wird mittels des Verfahrens in einem breiten Betriebsbereich zuverlässig ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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