DE102019115914B4 - Hubkolbenbrennkraftmaschine mit reduziertem Startmoment aufgrund eines spezifizierten Dekompressionsevents an zumindest einem ausgewählten Startzylinder sowie Kraftfahrzeug mit einer und Verfahren zum Starten einer solchen Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit reduziertem Startmoment aufgrund eines spezifizierten Dekompressionsevents an zumindest einem ausgewählten Startzylinder sowie Kraftfahrzeug mit einer und Verfahren zum Starten einer solchen Hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Zylinder jeweils mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil aufweisen, und mit mindestens einer Startvorrichtung, um die Hubkolbenbrennkraftmaschine zu starten, wobei die Startvorrichtung einen direkten Antrieb der Kurbelwelle oder einen Antrieb mittels eines klein übersetzten Getriebes ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Positioniervorrichtung vorgesehen ist, um die Kurbelwelle vor einem Startvorgang in eine Startposition zu bringen, in welcher der Kolben eines bestimmten Startzylinders in einem Bereich von 270° KW bis 180° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) dieses Startzylinders positioniert ist, wobei ein diesem Startzylinder zugeordnetes Dekompressionsmittel vorgesehen ist, das in einem Start-Betriebsmodus eine Dekompression dieses Startzylinders über eine Dekompressionsphase bewirkt, welche zumindest innerhalb eines Bereichs von 120° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) bis 40° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit reduziertem Startmoment aufgrund eines spezifizierten Dekompressionsevents an zumindest einem ausgewählten Startzylinder, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Starten einer solchen Hubkolbenbrennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das über eine elektrische Maschine verfügt, die mit einer Betriebsspannung von mindestens 12 V versorgt wird und auch für den Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Diesbezüglich wird beispielsweise auf sogenannte Mild-Hybrid-Fahrzeuge verwiesen.
  • Die zunehmende Elektrifizierung von Verbrennungskraftmaschinen (VKM), insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschinen, ermöglicht es, bei ausreichend leistungsfähigen elektrischen Maschinen (EMA), den Motorstart über die elektrische Maschine durchzuführen und somit auf einen konventionellen Anlasser (Ritzelstarter) zu verzichten. Diesbezüglich sind aus der Praxis Riemen-Starter-Generatoren (RSG), integrierte Starter-Generatoren (ISG) und getriebeintegrierte Starter-Generatoren (GSG) bekannt. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen wird das Motoröl in Hubkolbenbrennkraftmaschinen zunehmend zähflüssig, wodurch ein erhöhtes Startmoment überwunden werden muss. Eine weitere wichtige Einflussgröße auf das Startmoment ist die Kompression der Zylinderfüllung.
  • Aus DE 100 24 438 A1 sind ein Startverfahren und eine Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen bekannt, deren Kurbelwelle mit einer elektrischen Maschine zum Andrehen der Brennkraftmaschine verbunden ist. Von einem Startsteuergerät werden Kurbelwellenstellung und -drehung erfasst und zur Steuerung eines jeden Startvorgangs der Brennkraftmaschine verwertet. Dabei wird die Kurbelwelle von der elektrischen Maschine für jeden Startvorgang zunächst in einer Positionierphase in eine Startposition gebracht. Zur Erzielung möglichst kurzer Startzeiten und möglichst kleinem Andrehmoment der elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass in einer der Positionierphase nachfolgenden Startphase in dem mindestens ersten, in Kompression gehenden Zylinder der Brennkraftmaschine eine erste Verbrennung mit verringerter Kompression und verringertem Füllgrad ausgelöst wird, die das Andrehmoment der elektrischen Maschine unterstützt.
  • Aus WO 2015/049563 A1 sind ein Hybridfahrzeug, eine Steuerung für ein Hybridfahrzeug und ein Steuerungsverfahren für ein Hybridfahrzeug zur Reduzierung des Kompressionsverhältnisses beim Start des Motors abhängig von dem Batterieladezustand bekannt. Dabei weist das Hybridfahrzeug eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine und einen elektrischen Speicher auf. Gemäß dem Steuerungsverfahren ist die elektrische Maschine für den Start der Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei mittels eines variablen Ventiltriebs die Steuerzeit eines Einlassventils geändert und elektrische Energie aus dem Energiespeicher für den Antrieb der elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Dabei ist die Steuerung abhängig von einem ersten Zustand oder zweiten Zustand, welche abhängig von dem Batterieladezustand definiert sind.
  • Aus DE 10 2013 206 088 A1 ist ein Verfahren zum gezielten Abstellen einer Brennkraftmaschine unter Nutzung mindestens eines Dekompressionsventils bekannt, gemäß welchem durch Öffnen des mindestens einen Dekompressionsventil und/oder durch unmittelbare Spätverstellung der Einlassventile in einem Bereich von 130° KW bis 40° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des zu dekomprimierenden Zylinders so geöffnet werden, dass der Druck in dem Zylinder schlagartig abgebaut wird, wobei vorzugsweise eine Veränderung aufgrund der Kühlwassertemperatur, des Ölstands, der Temperatur der Brennkraftmaschine und der Öltemperatur erfolgen soll. Es wird auch darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Startsystem um einen integrierten Starter-Generator auf der Kurbelwelle oder einen anderen Starter-Generator handeln soll. Zu dem Startvorgang selbst sind keine Details offenbart.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Starten einer solchen Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein reduziertes Startmoment und eine kostengünstige Realisierung erzielbar sind.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Eine erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine weist mehrere Zylinder auf, wobei die Zylinder jeweils mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil aufweisen. Ferner weist die Hubkolbenbrennkraftmaschine mindestens eine Startvorrichtung auf, um die Hubkolbenbrennkraftmaschine zu starten, wobei die Startvorrichtung einen direkten Antrieb der Kurbelwelle oder einen Antrieb mittels eines klein übersetzten Getriebes ermöglicht. Mit klein übersetzten Getrieben sind Getriebe mit einer maximalen Übersetzung von 1:5 gemeint, insbesondere solche, die mit Riemenstartergeneratoren kombiniert sind. Ferner ist mindestens eine Positioniervorrichtung vorgesehen, um die Kurbelwelle vor einem Startvorgang in eine Startposition zu bringen, in welcher der Kolben eines bestimmten Startzylinders in einem Bereich von 270° KW und 180° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) dieses Startzylinders positioniert ist, wobei ein diesem Startzylinder zugeordnetes Dekompressionsmittel vorgesehen ist, das in einem Start-Betriebsmodus eine Dekompression dieses Startzylinders über eine Dekompressionsphase bewirkt, welche zumindest innerhalb eines Bereichs von 120° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) bis 40° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders liegt. Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Startzylinder genügt es, wenn ein Aktuator an dem einen Startzylinder vorgesehen ist, mittels welchem ein Dekompressionsevent durch Aktivierung des dem Startzylinder zugeordneten Dekompressionsmittels aktiv geschaltet und auch wieder inaktiv geschaltet werden kann. Der konstruktive Aufwand für den Aktuator ist daher gering.
  • In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist zumindest ein zweiter Zylinder als Startzylinder mit einem diesem zugeordneten Dekompressionsmittel vorgesehen, wobei jedoch die Zahl der Startzylinder mit Dekompressionsmitteln geringer ist als die Gesamtzahl der Zylinder und wobei alle vorgesehenen Startzylinder ausgehend von der Startposition in Zündreihenfolge aufeinanderfolgend angeordnet sind. In diesem Fall ist zwar im Falle von jedem weiteren Startzylinder ein weiteres Stellmittel erforderlich, um das Dekompressionsmittel im Start-Betriebsmodus zu aktivieren und im Normal-Betriebsmodus wieder zu deaktivieren. Dafür kann jedoch das maximal erforderliche Moment während des Startvorgangs über eine etwas länger andauernde Startphase gering gehalten werden. Es hat sich gezeigt, dass es in den meisten Fällen ausreichend ist, wenn ein oder zwei Zylinder als Startzylinder ausgelegt sind. Dies gilt insbesondere für 4-Zylinder-Hubkolbenbrennkraftmaschinen. Wenn im Einzelfall mehr als zwei Zylinder als Startzylinder ausgelegt sein müssen, genügt es, wenn maximal die Hälfte der insgesamt vorhandenen Zylinder als Startzylinder ausgelegt sind. Meist genügt es, auch bei Motoren mit mehr als vier Zylindern, wenn zwei Zylinder als Startzylinder ausgelegt sind.
  • In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine weist die Startvorrichtung einen von einer elektrischen Maschine angetriebenen Starter-Generator auf. Das aufgrund der erfindungsgemäßen Auslegung reduzierte Motormoment in der Anfangsphase des Startvorgangs der Hubkolbenbrennkraftmaschine in dem Start-Betriebsmodus ermöglicht es, selbst bei elektrischen Maschinen mit relativ geringer Betriebsspannung, wie insbesondere 12V, 24 V, 36 V, 48 V oder 60 V, die Hubkolbenbrennkraftmaschine ausschließlich mit der entsprechenden elektrischen Maschine zu starten. Auf die Kosten und das Bauteilgewicht eines zusätzlichen Ritzelstarters kann in diesem Fall verzichtet werden.
  • Alternativ oder in Ergänzung zu Vorstehendem weist der maximale Hub eines Dekompressionsmittels in Form eines Einlassventils oder Auslassventils eine geringere Höhe auf als der Standardhub des gleichen Einlassventils bzw. Auslassventils. Der Ventilhub während einer Dekompression ist vorzugsweise maximal 80 Prozent des Standardhubs, weiter vorzugsweise maximal 60 Prozent des Standardhubs. Insbesondere können bei einem Standardhub von ca. 10 mm für die Dekompression bereits Hubhöhen von 2 mm, 4 mm, 5 mm oder 6 mm ausreichend sein. Der Mindestventilhub während der Dekompression liegt vorzugsweise bei 1-2 mm, bevorzugt bei 3-4 mm und weiter bevorzugt bei 5-6 mm, wenn der Standardhub bei 9-10 mm liegt. Dementsprechend können die für das Öffnen und Schließen erforderliche Bewegung, die damit verbundene Reibung und die für das Dekompressionsevent erforderliche zusätzliche Antriebsenergie gering gehalten werden.
  • Das für das Starten der Hubkolbenbrennkraftmaschine erforderliche Motormoment kann noch weiter reduziert werden, wenn die Dekompressionsphase des mindestens einen Startzylinders früher beginnt bzw. die Dekompressionsphasen der Startzylinder jeweils früher beginnen, insbesondere spätestens ab 90° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT), weiter bevorzugt ab 100° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) und besonders bevorzugt ab 110° KW, 120° KW, 130° KW, 140° KW oder sogar 150° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders bzw. der Startzylinder.
  • Alternativ oder in Ergänzung dazu kann das für das Starten der Hubkolbenbrennkraftmaschine erforderliche Motormoment ebenfalls weiter reduziert werden, wenn sich die Dekompressionsphase des Startzylinders bzw. der Startzylinder mindestens bis 60° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT), weiter bevorzugt bis 50°, noch weiter bevorzugt bis 45° KW und besonders bevorzugt bis 40° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) erstreckt.
  • Als bevorzugte Wertebereiche für die Dekompressionsphase von einem oder mehreren Startzylindern sind 100° KW bis 55° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) bevorzugt, 105° KW bis 50° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) weiter bevorzugt und 120° KW bis 40° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) besonders bevorzugt.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer wie vorstehend beschriebenen Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei eine elektrische Maschine vorgesehen ist, die zur Nutzung als Antriebsmaschine und zur Nutzung als Startergenerator vorgesehen ist. Auf die Möglichkeit des Entfalls eines konventionellen Ritzelstarters und die damit verbundenen Vorteile, die vorstehend bereits erwähnt wurden, wird hiermit noch einmal verwiesen.
  • Die elektrische Maschine eines solchen Kraftfahrzeuges weist vorzugsweise eine Betriebsspannung von mindestens 12 V auf, weiter bevorzugt mindestens 24 V oder mindestens 36 V oder mindestens 48 V. Bevorzugte Wertebereiche sind 12 V bis 300 V, insbesondere 24 V bis 60 V.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Starten einer wie vorstehend beschriebenen Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei während eines Start-Betriebsmodus mit Hilfe des jeweiligen Dekompressionsmittels an dem einen Startzylinder oder an den mehreren Startzylindern jeweils eine Dekompression über eine Dekompressionsphase bewirkt wird, welche sich mindestens von 80° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) bis mindestens 65° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des entsprechenden Zylinders erstreckt.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren zum Starten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei
    1. a) die Kurbelwelle mittels der Positioniervorrichtung in eine Startposition verfahren wird, die im Bereich zwischen 180° KW und 270° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des in Zündreihenfolge betrachtet ersten Startzylinders liegt,
    und/oder
    • b) das Verdrehen der Kurbelwelle in die Startposition mit geringer Drehgeschwindigkeit über einen Zeitraum von mindestens zwei Sekunden erfolgt.
  • Gemäß Variante a) ist es vorteilhaft, die Startposition mindestens so zu wählen, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine zu Beginn eines Startvorgangs mit dem vollen Kompressionshub des ersten Startzylinders (oder wenn es nur einen Startzylinder gibt, des Startzylinders) startet. Bevorzugt wird die Startposition noch weiter nach früh verlagert. Sie liegt bevorzugt bei 230° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des (ersten) Startzylinders und besonders bevorzugt bei 270° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des (ersten Startzylinders). Diese Angaben gelten für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit vier Zylindern. Je größer die Zylinderzahl ist, desto vorteilhafter ist es, eine Startposition zu wählen, die näher an 180° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) liegt. Die Angaben können auch für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als vier Zylindern verwendet werden.
  • Vorzugsweise erstreckt sich das Verdrehen der Kurbelwelle gemäß Variante b) über mindestens 5 Sekunden, weiter vorzugsweise über mindestens 10 Sekunden. Dadurch kann in den jeweiligen Kolben der Zylinder der Zylinderdruck über die Kolbenringe entweichen.
  • Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine qualitative Darstellung des Hubverlaufs des Auslassventils (AV) und des Einlassventils (EV) eines Zylinders einer erfindungsgemäßen H ubkolbenbrennkraftmasch ine,
    • 2 das aus dem Druckverlauf resultierende Motormoment von drei verschiedenen Ausführungsformen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ohne Berücksichtigung der Reibung in Abhängigkeit des Kurbelwinkels,
    • 3 das aus dem Druckverlauf resultierende Motormoment von drei verschiedenen Ausführungsformen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ohne Berücksichtigung der Reibung in Abhängigkeit des Kurbelwinkels.
  • 1 zeigt eine qualitative Darstellung des Hubverlaufs 10 eines Auslassventils (AV) eines Zylinders, eine Darstellung des Hubverlaufs 12 eines Einlassventils (EV) eines Zylinders sowie eine Darstellung des Hubverlaufs 14 eines Dekompressionsevents einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine. Dabei kann das Dekompressionsevent mit dem Einlassventil (EV) und/oder mit dem Auslassventil (AV) durchgeführt werden, indem das entsprechende Ventil um eine - in dem Ausführungsbeispiel reduzierte - Hubhöhe öffnet. Vorzugsweise wird nur eines der genannten Ventile für das Dekompressionsevent betätigt. Alternativ kann auch eine zusätzlich zu (mindestens) einem Auslassventil oder zusätzlich zu (mindestens) einem Einlassventil ausgebildete Öffnung (z.B. ein weiteres Ventil) vorgesehen sein, die nur oder auch zum Zwecke einer Dekompression für ein Dekompressionsevent bedarfsweise geöffnet wird. Im Normal-Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, werden an allen Zylindern die Einlassventile gemäß dem Hubverlauf 10 und die Auslassventile gemäß dem Hubverlauf 12 betätigt. Im Start-Betriebsmodus wird - je nach Ausführungsform der Erfindung - an dem einen Startzylinder oder mehreren Startzylindern zusätzlich ein Dekompressionsevent gemäß dem Hubverlauf 14 durchgeführt, um das Motormoment zu Beginn einer Startphase möglichst gering zu halten. In Ergänzung zum Normal-Betriebsmodus kann eine erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine optional phasenweise auch in anderen, für die Erfindung nicht im Detail relevanten Betriebsmodi betrieben werden, beispielsweise in einem Betrieb mit teilweiser Zylinderabschaltung. Für solche alternative Betriebsmodi kann das Dekompressionsevent ebenfalls bedarfsweise genutzt und aktiviert werden, wenn dies technisch sinnvoll ist.
  • Das Dekompressionsevent erstreckt sich vorzugsweise zumindest über einen Bereich von zumindest 5° KW oder bevorzugt mindestens 10° KW, und zwar insbesondere in einem Bereich zwischen 80° KW (Öffnen) und 65° KW (Schließen) vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT), d.h. beispielsweise von 60° KW bis 50° KW. Bevorzugt erstreckt sich das erste Dekompressionsevent über einen Bereich von 105° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) (Öffnen) bis 50° KW (Schließen), und besonders bevorzugt von 120° KW (Öffnen) bis 40° KW (Schließen).
  • In 1 ist ein Startbereich S gekennzeichnet, welcher sich zwischen 270° KW und 180° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) erstreckt. In diesen Bereich muss die Hubkolbenbrennkraftmaschine vor dem Start gebracht werden, um durch die Aktivierung des Start-Betriebsmodus ein erfindungsgemäßes Starten der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu ermöglichen. Die Positionierung muss mindestens 180° KW vor Z-OT des Startzylinders liegen, vorzugsweise möglichst weit in Richtung 270° KW vor Z-OT des Startzylinders, d.h. bevorzugt mindestens 190° KW, weiter bevorzugt 200° KW, weiter bevorzugt 210° KW, weiter bevorzugt 220° KW, weiter bevorzugt 230° KW, weiter bevorzugt 240° KW, weiter bevorzugt 260° KW und besonders bevorzugt 270° KW vor Z-OT des Startzylinders. Die Positionierung kann dadurch erfolgen, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine definiert abgestellt wird und/oder dadurch, dass diese mittels einer Steuerung und einem geeigneten Antrieb, insbesondere unter Verwendung einer elektrischen Maschine, in diese Position gebracht wird. In beiden Fällen wird eine Positioniervorrichtung eingesetzt, insbesondere eine als Positioniervorrichtung dienende elektrische Maschine.
  • Die Zahl der Zylinder der nicht dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine ist in dem in den 2 und 3 dargestellten Beispiel vier. Die Erfindung kann jedoch ebenso mit beliebigen anderen Zylinderzahlen realisiert sein, wobei mindestens ein Dekompressionsevent weniger vorgesehen ist als Zylinder vorhanden sind.
  • Wie in 1 rechts im Diagramm anhand des wieder beginnenden Hubverlaufs 10 angedeutet, wiederholen sich die Hubverläufe ab dem UT wieder zyklisch. Das Dekompressionsevent ist in einem Start-Betriebsmodus an mindestens einem Zylinder aktivierbar und wird bei deaktiviertem Start-Betriebsmodus nicht durchgeführt, sofern es keine andere Veranlassung durch die Motorsteuerung für die Durchführung des Dekompressionsevents gibt.
  • In 2 sind ein Momentenverlauf 20 im Normal-Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine, ein Momentenverlauf 22 im Start-Betriebsmodus einer ersten Ausführungsform einer Hubkolbenbrennkraftmaschine und ein Momentenverlauf 24 im Start-Betriebsmodus einer zweiten Ausführungsform einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dargestellt, wobei ausschließlich das sich durch die Kompression und Dekompression ergebende Moment, abgeleitet von dem sich durch die - in dem Ausführungsbeispiel vier - Zylinder ergebenden Gesamtdruck dargestellt ist. Das sich durch Reibung ergebende zusätzliche Moment ist in etwa konstant und nicht dargestellt.
  • Die Hubkurve 14a des Dekompressionsevents zum Momentenverlauf 22 im Start-Betriebsmodus der ersten Ausführungsform und die Hubkurve 14b des Dekompressionsevents zum Momentenverlauf 24 im Startbetriebsmodus der zweiten Ausführungsform, welche jeweils eine temporäre Reduzierung des Moments durch Dekompression bewirken, sind in 2 ebenfalls dargestellt. Die Hubkurve 14a erstreckt sich über den Mindestbereich von 80° KW (Öffnen) bis 65° KW (Schließen) vor Z-OT. Die Hubkurve 14b erstreckt sich über den bevorzugten Bereich von 120° KW (Öffnen) bis 40° KW (Schließen).
  • Wie aus 2 gut ersichtlich ist, ergibt sich bei der ersten Ausführungsform mit dem Momentenverlauf 22 ein maximal zu überwindendes Moment von etwa 80 Nm, das über einen Kurbelwinkelbereich von ca. 300° KW nicht überschritten wird.
  • Bei dem Momentenverlauf 24 gemäß der zweiten Ausführungsform ergibt sich ein maximal überwindendes Moment, das nochmals verringert ist und bei ca. 25 Nm liegt, wobei dieses zu überwindende Moment über einen Kurbelwinkelbereich von ca. 240° KW nicht überschritten wird.
  • 3 zeigt den Momentenverlauf 20 aus 2, welcher für einen Start der Hubkolbenbrennkraftmaschine insoweit als nicht geeignet angesehen werden kann, als das Moment gemäß diesem Momentenverlauf 20 bereits nach 120° KW einen Wert von 100 Nm überschreitet. Wie sich dieser Momentenverlauf bereits durch ein vorgesehenes Dekompressionsevent D1, das sich hier exemplarisch von 60° KW vor Z-OT von Zylinder 1 bis 50° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) von Zylinder erstreckt, verbessert, zeigt der Momentenverlauf 30. Gemäß diesem Momentenverlauf 30 wird ein Wert von 100 Nm erst nach etwa 300° KW überschritten.
  • Weiter verbessern lässt sich der Start-Betriebsmodus gemäß dem Momentenverlauf 32 und dem Momentenverlauf 34. Sowohl der Momentenverlauf 32 als auch Momentenverlauf 34 resultieren aus einer optimierten Positionierung vor dem Start der Hubkolbenbrennkraftmaschine in eine Position von 270° KW vor Z-OT von Zylinder 3, wobei der Momentenverlauf 32 aus einem einmaligen Dekompressionsevent D2 an dem als Startzylinder dienenden Zylinder 3 resultiert, während der Momentenverlauf 34 aus zwei Dekompressionsevents D2 und D3 an den als Startzylindern ausgelegten Zylindern 3 und 4 resultiert. In dem Fall des Momentenverlaufs 34 mit zwei Dekompressionsevents ergibt sich folglich ein erhöhter Stelleraufwand, weil ein Steller für Zylinder 3 und ein weiterer Stelle für Zylinder 4 erforderlich ist.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, wurde das Dekompressionsevent bei den Momentenverläufen 30, 32 und 34 stets so gewählt, dass bei mehreren, aufeinanderfolgenden Maximalmomenten, die gegenüber dem Maximalmoment im Normalbetriebsmodus reduziert sind, die Maximalmomente (positive und negative) jeweils ungefähr gleich groß sind.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hubverlauf (AV)
    12
    Hubverlauf (EV)
    14
    Hubverlauf (Dekompressionsevent)
    20
    Momentenverlauf (Normal-Betriebsmodus)
    22
    Momentenverlauf (Start-Betriebsmodus)
    24
    Momentenverlauf (Start-Betriebsmodus zweite Ausführungsform)
    30
    Momentenverlauf
    32
    Momentenverlauf
    34
    Momentenverlauf

Claims (10)

  1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Zylinder jeweils mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil aufweisen, und mit mindestens einer Startvorrichtung, um die Hubkolbenbrennkraftmaschine zu starten, wobei die Startvorrichtung einen direkten Antrieb der Kurbelwelle oder einen Antrieb mittels eines klein übersetzten Getriebes ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Positioniervorrichtung vorgesehen ist, um die Kurbelwelle vor einem Startvorgang in eine Startposition zu bringen, in welcher der Kolben eines bestimmten Startzylinders in einem Bereich von 270° KW bis 180° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) dieses Startzylinders positioniert ist, wobei ein diesem Startzylinder zugeordnetes Dekompressionsmittel vorgesehen ist, das in einem Start-Betriebsmodus eine Dekompression dieses Startzylinders über eine Dekompressionsphase bewirkt, welche zumindest innerhalb eines Bereichs von 120° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) bis 40° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders liegt.
  2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Zylinder als Startzylinder mit einem diesem zugeordneten Dekompressionsmittel vorgesehen ist, wobei die Zahl der Startzylinder mit Dekompressionsmitteln geringer ist als die Gesamtzahl der Zylinder und wobei alle vorgesehenen Startzylinder ausgehend von der Startposition in Zündreihenfolge aufeinanderfolgend angeordnet sind.
  3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung einen von einer elektrischen Maschine angetriebenen Starter-Generator aufweist und/oder der maximale Hub eines Dekompressionsmittels in Form eines Einlassventils oder Auslassventils eine geringere Höhe aufweist als der Standardhub des Einlassventils bzw. Auslassventils.
  4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekompressionsphase des Startzylinders spätestens ab 90° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders beginnt bzw. die Dekompressionsphasen der Startzylinder jeweils spätestens ab 90° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders beginnen.
  5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dekompressionsphase des Startzylinders mindestens bis 60° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders erstreckt bzw. die Dekompressionsphasen der Startzylinder jeweils mindestens bis 60° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders erstrecken.
  6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dekompressionsphase des Startzylinders mindestens von 100° KW bis 55° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders erstreckt bzw. die Dekompressionsphasen der Startzylinder jeweils mindestens von 100° KW bis 55° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des Startzylinders erstrecken.
  7. Kraftfahrzeug mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine vorgesehen ist, die zur Nutzung als Antriebsmaschine und zur Nutzung als Startergenerator vorgesehen ist.
  8. Kraftfahrzeug nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine eine Betriebsspannung von mindestens 12 V aufweist.
  9. Verfahren zum Starten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Start-Betriebsmodus mit Hilfe des jeweiligen Dekompressionsmittels an dem einen Startzylinder oder an den mehreren Startzylinders jeweils eine Dekompression über eine Dekompressionsphase bewirkt wird, welche sich mindestens von 80° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) bis mindestens 65° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des entsprechenden Zylinders erstreckt.
  10. Verfahren zum Starten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Kurbelwelle mittels der Positioniervorrichtung in eine Startposition verfahren wird, die im Bereich zwischen 180° KW und 270° KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (Z-OT) des in Zündreihenfolge betrachtet ersten Startzylinders liegt und/oder b) das Verdrehen der Kurbelwelle in die Startposition mit geringer Drehgeschwindigkeit über einen Zeitraum von mindestens zwei Sekunden erfolgt.
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