DE10221393A1

DE10221393A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10221393A1
Application number: DE2002121393
Authority: DE
Inventors: Klaus Bayerle; Harry Schuele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: FR2839748A1; DE10221393B4

Abstract

Beim Start einer Brennkraftmaschine (2) mit Benzineinspritzung zum Aufbau eines Wandfilms in den Zylindern (6) und gleichzeitiger Bereitstellung eines zündfähigen Gemisches für die erste Verbrennung werden sogenannte Kraftstoff-Vorabeinspritzer abgesetzt. Um hierbei eine Reihenfolge festzulegen, in der die einzelnen Zylinder (6) mit Kraftstoff-Vorabeinspritzern zu versorgen sind, werden für jeden Kolben (22) Startdatensätze ermittelt, die durch auf der Nockenwelle (18) und der Kurbelwelle (26) angeordnete Markierungen (38, 40) eine Identifizierung des Kolbens (22) erlauben, der als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer zu versorgen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einem Kolben je Zylinder und mindestens einem Einspritzventil je Zylinder, einer Nockenwelle zur Betätigung der Einlassventile, die mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle umläuft, einem Nockenwellensensor, der ein periodisches Nockenwellensignal liefert, einem Kurbelwellensensor, der ein den Kurbelwellenwinkel charakterisierendes Kurbelwellensignal liefert, einem zentralen Steuergerät, das die Einspritzventile in Abhängigkeit von dem Nockenwellensignal und dem Kurbelwellensignal so steuert, dass die Einspritzventile während einer Startphase je einen Kraftstoff-Vorabeinspritzer pro Zylinder und anschließend von dem Steuergerät vorgegebene Kraftstoffmengen im normalen sequentiellen Einspritzbetrieb in die Zylinder einspritzen.

Es ist bekannt, beim Start eines Ottomotors die Zylinder je einmal mit einem sogenannten Kraftstoff-Vorabeinspritzer zu versorgen, um die Zylinderwände mit Kraftstoff zu benetzen und gleichzeitig ein zündfähiges Gemisch für die erste Verbrennung bereitzustellen. Da zu diesem Zeitpunkt keine Synchronisation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle vorhanden und damit die Position der Kolben unbekannt ist, ist eine gezielte Strategie zur Vorabeinspritzung erforderlich, um den Ausstoß von unverbranntem Kraftstoff und somit die Schadstoffemissionen während des Starts der Brennkraftmaschine auf ein besonders geringes Maß herabzusetzen.

Aus der DE 100 56 862 B1 ist es bekannt, beim Start einer Brennkraftmaschine mit Benzineinspritzung zum Aufbau eines Wandfilms in den Zylindern und gleichzeitiger Bereitstellung eines zündfähigen Gemischs für die erste Verbrennung sogenannte Kraftstoff-Vorabeinspritzer abzusetzen. Da zu diesem Zeitpunkt noch keine Synchronisation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle vorhanden ist und damit die Position der Kolben unbekannt ist, wird bei diesem Verfahren die Reihenfolge der Vorabeinspritzer in Abhängigkeit von im voraus bekannten möglichen Stillstandswinkelpositionen der Brennkraftmaschine bestimmt.

Weiterhin wird in der DE 100 30 001 A1 vorgeschlagen, nach dem Abstellen in der Auslaufphase der Brennkraftmaschine durch aktiven oder passiven Eingriff eine Winkelposition für die Nocken- und/oder die Kurbelwelle anzufahren, um diese auf definierte Ausgangspositionen zu stellen und diese Positionen im Steuergerät zu speichern. Hierbei verbleibt aber immer noch die Unsicherheit, dass die Brennkraftmaschine im Stillstand möglicherweise bewegt wird und damit die in dem Steuergerät hinterlegte Position bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine nicht mehr mit der tatsächlichen Position der Brennkraftmaschine übereinstimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine anzugeben, durch das beim Start der Brennkraftmaschine die Position der Kolben besonders zuverlässig bestimmbar ist um gezielt einen Zylinder auszuwählen, der als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt wird. Zudem soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Nockenwelle eine erste Markierung und die Kurbelwelle eine zweite Markierung aufweist, mittels der ersten Markierung der Nockenwelle und der zweiten Markierung der Kurbelwelle die Position jedes Kolbens relativ zu der Nockenwelle und relativ zu der Kurbelwelle über das Steuergerät festgelegt ist, das Steuergerät während der Startphase zunächst für jeden Kolben einen Startdatensatz umfassend die Position des Kolbens relativ zu der Nockenwelle und relativ zu der Kurbelwelle ermittelt, das Steuergerät während der Erstellung der Startdatensätze für jeden Kolben mindestens eine der beiden Markierungen erkennt und das Steuergerät mittels der Startdatensätze eine Reihenfolge festlegt, in der die Zylinder mit Kraftstoff-Vorabeinspritzern versorgt werden.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Kolben einer Brennkraftmaschine nach dem Abschalten im ausgekuppelten Zustand immer an bestimmten diskreten Stillstandspositionen stehen bleiben. Dabei entspricht die Anzahl der diskreten Stillstandspositionen der Kolben bezogen auf ein Arbeitsspiel von 720° immer der Anzahl der Zylinder und somit der Anzahl der Kolben. Im Fall von n Zylindern sind dies somit n Stillstandspositionen der Kolben innerhalb eines Arbeitsspiels. Die Stillstandspositionen beruhen unter anderem auf einem energetischen Minimum aus noch vorhandener Drehenergie, Kompressionsarbeit und Reibung.

Beim Start der Brennkraftmaschine sind diese n Stillstandspositionen der Kolben dem Steuergerät zunächst unbekannt. Nach einer kurzen Anlaufphase kann jedoch das Steuergerät nicht nur Nockenwellensignale sondern auch Kurbelwellensignale erfassen. Anhand dieser Signale können die Positionen der Kolben bestimmt werden, sofern die Positionen der Kolben relativ zu der Kurbelwelle und relativ zu der Nockenwelle festgelegt sind. Weisen nun die Nockenwelle und die Kurbelwelle Markierungen auf, über die die Positionen der Kolben eindeutig bestimmbar sind, so lässt sich mittels dieser Signale eindeutig die Position eines jeden Kolbens bestimmen. Diese Markierungen sind nun so angeordnet, dass sie unter Einbeziehung der bevorzugten Stillstandspositionen der Brennkraftmaschine unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine durchlaufen werden. Mittels der erfassten Positionen der Kolben lässt sich dann über das Steuergerät eine Reihenfolge festlegen, in der die Zylinder mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer zu versorgen sind.

Ein Kolben kurz vor dem Ladungswechsel-Totpunkt kann also anhand des Kurbelwellensignals in Verbindung mit dem Nockenwellensignal während der Startphase der Brennkraftmaschine identifiziert werden. Damit ist die Position der einzelnen Kolben anhand zweier Messsignale und nicht wie bisher anhand eines Schätzwertes bestimmbar. Anhand der aktuell erfassten Startdatensätze umfassend Kurbelwellenposition und Nockenwellenposition für jeden Kolben ist mittels des Steuergerätes eine Reihenfolge festlegbar, in der die Zylinder mit Kraftstoff- Vorabeinspritzern zu versorgen sind.

Vorteilhafterweise wird die erste Markierung der Nockenwelle innerhalb der Startphase während der ersten 120° Kurbelwellenwinkel als Position für einen Kolben detektiert und dieser Kolben wird als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt. Die zweite Markierung der Kurbelwelle wird dann innerhalb der Startphase während der ersten 270° Kurbelwellenwinkel als Position für einen Kolben detektiert und dieser Kolben wird als zweiter mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt. Wiederum nach 450° Kurbelwellenwinkel wird innerhalb der Startphase die erste Markierung der Nockenwelle für einen Kolben detektiert, der dann als dritter mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt wird. Nach 630° Kurbelwellenwinkel wird innerhalb der Startphase die zweite Markierung der Kurbelwelle für einen Kolben detektiert, der dann als vierter mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt wird.

Die bevorzugten Stillstandspositionen einer Brennkraftmaschine liegen in einem Bereich von 60° +/- 30° Kurbelwellenwinkel vor den Totpunkten eines jeden Kolbens. Befindet sich nun einer der Kolben vor einem Ladungswechsel-Totpunkt, so reicht ein Bereich von 120° Kurbelwellenwinkel aus, um die für die Erfassung von Kurbelwellensignalen ausreichende Bewegung der Kurbelwelle zu gewährleisten und gleichzeitig in einem Bereich von 90° Kurbelwellenwinkel die erste Markierung der Nockenwelle zu detektieren. Die erste Markierung der Nockenwelle ist also so angeordnet, dass sie in einem Bereich von 120° Kurbelwellenwinkel um einen Ladungswechsel-Totpunkt herum für einen Kolben so detektierbar ist, dass dieser noch mit ausreichend Kraftstoff für eine ausreichende Verbrennung versorgt werden kann. Entsprechend ist für einen zweiten und einen vierten Kolben die zweite Markierung der Kurbelwelle so angeordnet, dass sie kurz vor den Ladungswechsel-Totpunkten des zweiten und des vierten Kolbens von dem Steuergerät detektiert werden kann. Ebenso ist für einen dritten Kolben die erste Markierung der Nockenwelle so angeordnet, dass sie kurz vor seinem Ladungswechsel-Totpunkt von dem Steuergerät detektiert werden kann.

Vorteilhafterweise ist über den Kurbelwellenwinkel ein Abstand der ersten Markierung der Nockenwelle relativ zu der zweiten Markierung der Kurbelwelle festgelegt, wobei anhand des Abstands zwischen der ersten Markierung der Nockenwelle und der zweiten Markierung der Kurbelwelle die Drehrichtung der Nockenwelle und der Kurbelwelle über das Steuergerät erfassbar ist. Hierdurch ist mittels der Markierungen nicht nur die Position der Kolben eindeutig bestimmt sondern auch feststellbar, in welche Richtung sich die Brennkraftmaschine dreht.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art, bei der jedem Kolben eine erste Markierung der Nockenwelle und eine zweite Markierung der Kurbelwelle zugeordnet ist, für jeden Kolben die Position des Kolbens mittels der ihm zugeordneten Markierungen relativ zu der Nockenwelle und relativ zu der Kurbelwelle über das Steuergerät festgelegt ist und für eine erste Gruppe von Kolben die erste Markierung der Nockenwelle in einem Bereich α1: etwa 30° Kurbelwellenwinkel vor dem Ladungswechsel-Totpunkt bis annähernd Ladungswechsel- Totpunkt angeordnet ist und für eine zweite Gruppe von Kolben die zweite Markierung der Kurbelwelle in einem Bereich a2: annähernd Ladungswechsel-Totpunkt bis etwa 30° Kurbelwellenwinkel nach dem Ladungswechsel-Totpunkt angeordnet ist.

Die n Kolben bleiben bevorzugt nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine üblicherweise in n Stillstandspositionen pro Arbeitsspiel stehen, die in einem Stillstandsbereich 60° +/- 30° Kurbelwellenwinkel vor den Ladungswechsel-Totpunkten liegen. Unmittelbar nach dem Anlaufen wird somit das Steuergerät feststellen, wo der jeweilige Kolben steht. Hierfür benötigt das Steuergerät lediglich einen Anlaufbereich von etwa 60° Kurbelwellenwinkel um die Ladungswechsel-Totpunkte der einzelnen Kolben herum. Dieser Anlaufbereich lässt sich auf etwa 30° Kurbelwellenwinkel einschränken, wenn die anhand des Nockenwellensignals ausgewählten Kolben eindeutig über das Kurbelwellensignal der Bewegung der Kurbelwelle und dem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine zuzuordnen sind.

Anhand dieser Informationen wählt das Steuergerät dann einen Zylinder aus, der nach dem Start der Brennkraftmaschine als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer zu versorgen ist. Es befindet sich dann ein Kolben eines Zylinders im Bereich um den Ladungswechsel-Totpunkt und kann noch mit ausreichend Kraftstoff versorgt werden, um in dem Zylinder eine vergleichsweise emissionsarme Zündung herbeizuführen. Dieser Kolben wird dann zweckmäßigerweise von dem Steuergerät als derjenige bestimmt, der als erster mit einem Kraftstoff- Vorabeinspritzer versorgt wird.

Vorteilhafterweise sind die Bereiche α1 und α2 in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel unmittelbar nach bevorzugten Stillstandsbereichen der Kolben angeordnet. Dann sind sie besonders schnell nach einem Start der Brennkraftmaschine von dem Steuergerät erfassbar.

Das Nockenwellensignal weist pro Nockenwellenumdrehung eine erste aufsteigende Flanke und eine zweite absteigende Flanke auf, die vorteilhafterweise die einem Kolben zugeordnete erste Markierung der Nockenwelle sind. Da die Nockenwelle mit halber Drehzahl der Kurbelwelle umläuft, ist eine aufsteigende beziehungsweise eine absteigende Flanke des Nockenwellensignals eindeutig einer bestimmten Kurbelwellenposition und damit einer bestimmten Kolbenposition zugeordnet.

Der Kurbelwelle ist weiterhin ein gezahntes Geberrad zugeordnet, das mindestens eine Zahnlücke aufweist. Diese Zahnlücke des Geberrades der Kurbelwelle erzeugt in dem Kurbelwellensignal einen Synchronisationsimpuls. Vorteilhafterweise ist die einem Zylinder zugeordnete zweite Markierung der Kurbelwelle der Synchronisationsimpuls, der der Zahnlücke des Geberrades der Kurbelwelle zugeordnet ist. Das Geberrad einer Kurbelwelle weist üblicherweise eine Zahnlücke auf, so dass das Anbringen einer zusätzlichen Markierung direkt auf der Kurbelwelle oder auf dem der Kurbelwelle zugeordneten Geberrad vermeidbar ist.

Vorteilhafterweise ist der Abstand zwischen der ersten Markierung der Nockenwelle und der zweiten Markierung der Kurbelwelle in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel so gewählt, dass der Abstand zwischen den Markierungen davon abhängt, ob sich die Kurbelwelle vorwärts oder rückwärts dreht. Die Markierungen dienen dann nicht nur dazu, die Startphase der Brennkraftmaschine zu optimieren, sondern auch dazu, die Drehrichtung der Kurbelwelle zu messen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass beim Start der Brennkraftmaschine aufgrund der relativ zu den einzelnen Kolben synchronisierten Kurbelwelle und Nockenwelle die Positionen der einzelnen Kolben zuverlässig bestimmbar sind, wodurch eine gezielte Einspritzung in die einzelnen Zylinder zuverlässig gewährleistet ist. Dabei ist keine besonders lange Anlaufphase des Steuergerätes zur Bestimmung der einzelnen Kolbenpositionen vor einer ersten Kraftstoff-Einspritzung erforderlich, wodurch der Start der Brennkraftmaschine in besonders kurzer Zeit erfolgt. Durch die mit dem Verfahren verbundene gezielte Einspritzung ist zudem die Verbrennung der Brennkraftmaschine individuell in jedem Zylinder gesteuert, wodurch die mit den Zündungsvorgängen in den Zylindern verbundenen Emissionen der Brennkraftmaschine ein geringeres Maß aufweisen, als es ohne die durch Messung erfassten Kolbenpositionen der Fall wäre.

Auch sind zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzlichen elektrischen oder mechanischen Eingriffe durch Stellglieder beim Abstellen der Brennkraftmaschine erforderlich. Dies erweist sich insbesondere bei mehrfachen Ampelstarts im Stadtverkehr und bei der Benutzung von Hybridfahrzeugen als vorteilhaft, da die Zeitspanne zwischen Abstellen der Brennkraftmaschine und erneutem Starten besonders kurz sein kann, wobei gleichzeitig eine in Bezug auf den Start der Kraftstoff-Einspritzung optimierte Betriebsweise der Brennkraftmaschine zuverlässig gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine in Form eines Ottomotors mit Benzineinspritzung,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem über der Zeit für einen Kolben eines Zylinders die Ladungswechsel-Totpunkte, dass Nockenwellen- und das Kurbelwellensignal aufgetragen sind.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Brennkraftmaschinen werden üblicherweise zum Antrieb von Kraftfahrzeugen oder Lastkraftwagen eingesetzt. Fig. 1 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch eine Brennkraftmaschine 2, welche im beschriebenen Ausführungsbeispiel zu Veranschaulichungszwecken als Vierzylinder-Ottomotor mit Benzineinspritzung ausgebildet ist.
Der Brennkraftmaschine 2 ist in üblicher Weise ein zentrales elektronisches Steuergerät 4 zugeordnet, das die Zündung, Kraftstoffeinspritzung und andere Vorgänge der Brennkraftmaschine steuert. Die Brennkraftmaschine weist eine Vielzahl von Zylindern 6 auf, von denen nur einer als Beispiel für die anderen schematisch dargestellt ist. Jedem Zylinder 6 ist mindestens ein Einlassventil 8, mindestens ein Einspritzventil 10 sowie mindestens ein Auslassventil 12 zugeordnet. Das Einspritzventil 10 spritzt Kraftstoff K in ein unmittelbar vor dem Ventilteller 14 des Einlassventils 8 angeordnetes Saugrohr 16. Alternativ kann das Einspritzventil 10 auch Kraftstoff unmittelbar auf den Ventilteller 14 des Einlassventils 8 spritzen. Über das Saugrohr 16 wird Luft L dem jeweiligen Zylinder 6 der Brennkraftmaschine 2 zugeführt. Die in dem Zylinder 6 verbrannten Abgase A sind über ein Abgasrohr 17 abführbar. Die Einlassventile 8 sind von einer Nockenwelle 18 steuerbar. Der Nockenwelle 18 ist ein Nockenwellensensor 20 zum Erzeugen eines Nockenwellensignals CAM zugeordnet. Das Nockenwellensignal CAM ist dem Steuergerät 4 zuführbar.
Weiterhin umfasst jeder Zylinder 6 einen Kolben 22 und eine Pleuelstange 24. Die Pleuelstange 24 ist mit dem Kolben 22 und einer Kurbelwelle 26 verbunden. Der Kurbelwelle 26 ist ein Kurbelwellensensor 28 und ein gezahntes Geberrad 30 mit einer Zahnlücke 32 zugeordnet. Der Kurbelwellensensor 28 erzeugt ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal CRK, das ebenfalls dem Steuergerät 4 zuführbar ist.
Das Nockenwellensignal CAM hat gemäß Fig. 2 zwei unterschiedliche Pegel, die durch eine aufsteigende Flanke 34 und eine absteigende Flanke 36 ineinander übergehen. Das Nockenwellensignal CAM kann auch andere Impuls- und Pegelformen aufweisen; es sollte jedoch gewährleistet sein, dass das Nockenwellensignal CAM eine Unterteilung jedes Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine 2 in zwei Segmente zu je 360° entsprechend zwei aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen zu 720° erlaubt. Diese zwei wiederkehrenden Pegel des Nockenwellensignals CAM sind einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine zugeordnet. Die aufsteigende Flanke 34 und die absteigende Flanke 36 des Nockenwellensignals CAM sind den Kolben 22 eines jeden Zylinders 6 als eine erste Markierung 38 der Nockenwelle 18 periodisch wiederkehrend zugeordnet. Die Nockenwelle 18 kann mit der Kurbelwelle 26 drehfest verbunden oder auch relativ zu ihr winkelverstellbar sein.
Jeder Impuls des Kurbelwellensignals CRK entspricht einem Zahn des Geberrades 30. Die doppelte Zahnlücke 32 des Geberrades 30 liefert nach jeweils 60-2, also 58 Zähnen mittels des Kurbelwellensensors 28 einen Synchronisationsimpuls 39 für jeweils eine volle Umdrehung der Kurbelwelle 26. Die Kurbelwelle 26 dreht bei einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 2 zweimal um, durchläuft also 720°. Der Synchronisationsimpuls 39 der dem Kolben 22 zugeordneten Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 ist somit in einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine zweimal von dem Kurbelwellensensor 28 detektierbar. Auf der dritten Horizontalen gemäß Fig. 2 ist das Signal des Kurbelwellensensors CRK so eingetragen, dass nur der Synchronisationspuls 39 dargestellt ist, der beim Kurbelwellensignal CRK auftritt, wenn das Kurbelwellensignal CRK die Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 detektiert. Der Synchronisationsimpuls 39 dient als die dem Kolben 22 zugeordnete zweite Markierung 40.
In der obersten Horizontalen von Fig. 2 sind die Ladungswechsel-Totpunkte 42 der vier Kolben 22 der Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Bei einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 2 durchläuft jeder Kolben 22 des Zylinders 6 zwei obere Totpunkte 42 und zwei untere Totpunkte. Die dargestellten Totpunkte 42 sind die Ladungswechsel-Totpunkte der vier Kolben der Brennkraftmaschine 2. Dabei ist 42_4 der dem vierten Kolben, 42 1 der dem ersten Kolben, 42_2 der dem zweiten Kolben und 42_3 der dem dritten Kolben zugeordnete Ladungswechsel-Totpunkt.
Das Nockenwellensignal CAM mit seinen als erste Markierung 38 ausgebildeten aufsteigenden und absteigenden Flanken 34, 36 und das Kurbelwellensignal CRK mit seinem als zweite Markierung 40 ausgebildeten Synchronisationsimpuls 39 erlauben im Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 2 eine eindeutige Zuordnung der Stellung eines jeden Kolbens 22 relativ zu der Nockenwelle 18 und relativ zu der Kurbelwelle 26.
Beim normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 2 können mit Hilfe des Nockenwellensignals CAM und des Kurbelwellensignals CRK die Einspritzventile 10 im üblichen sequentiellen Einspritzbetrieb angesteuert und betätigt werden. Beim Start der Brennkraftmaschine 2 ist jedoch die Stellung der Kurbelwelle 26 und damit die Stellung der Kolben 22 noch nicht bekannt. Eine Einspritzung im sequentiellen Einspritzbetrieb ist daher zunächst nicht möglich.
Versuche haben nun gezeigt, dass eine Brennkraftmaschine 2 nach dem Abschalten im ausgekuppelten Zustand immer an diskreten Stillstandspositionen stehen bleibt. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine sind dies genau vier Stillstandspositionen über jeweils 720° Kurbelwellenwinkel. Diese Stillstandspositionen liegen in bestimmten Stillstandsbereichen β, die in Fig. 2 auf der untersten Horizontalen als schwarze Rechtecke dargestellt sind. Diese Stillstandspositionen liegen unabhängig von der Zylinderzahl in einem Stillstandsbereich β, der 60° +/- 30° Kurbelwellenwinkel vor den Totpunkten 42, 44 eines jeden Kolbens 22 umfasst.
Um nun die Beobachtung auszunutzen, dass die Kolben 22 der Brennkraftmaschine 2 nach dem Stillstand an diskreten Positionen stehen bleiben, sind die ersten Markierungen 38 der Nockenwelle 18 relativ zu den zweiten Markierungen 40 der Kurbelwelle 26 nicht zufällig, sondern in fester Relation zueinander angeordnet.
Die ersten Markierungen 38 der Nockenwelle 18 sind für eine erste Gruppe von Kolben 22 in einem Bereich
α1: etwa 30° Kurbelwellenwinkel vor dem Ladungswechsel-Totpunkt 42 bis annähernd Ladungswechsel- Totpunkt 42
angeordnet. Die zweiten Markierungen 40 der Kurbelwelle 26 sind für eine zweite Gruppe von Kolben 22 in einem Bereich
α2: annähernd Ladungswechsel-Totpunkt 42 bis etwa 30° Kurbelwellenwinkel nach dem Ladungswechsel- Totpunkt 44
angeordnet.
Detektiert also der Nockenwellensensor 20 eine aufsteigende Flanke 34 oder eine absteigende Flanke 36 des Nockenwellensignals CAM, so kann mittels des Steuergeräts 4 festgestellt werden, dass entweder ein erster Kolben 22 oder ein dritter Kolben 22 sich in dem Bereich α1 befindet. Dabei kann auch die aufsteigende Flanke 34 an die Stelle der absteigenden Flanke 36 treten und umgekehrt, was eine Veränderung der Periode des Nockenwellensignals CAM entspricht. Relativ zu diesen Flanken 34, 36 des Nockenwellensignals CAM ist nun die Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 der Kurbelwelle 26 so positioniert, dass die Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 stets dann detektierbar ist, wenn ein zweiter oder ein vierter Kolben 22 den Bereich α2 durchläuft, der von dem Ladungswechsel-Totpunkt 42 bis kurz nach dem Ladungswechsel- Totpunkt 42 des zweiten und des vierten Kolbens 22 reicht.
Vor dem Start der Brennkraftmaschine 2 steht jeder der vier Kolben 22 der Brennkraftmaschine 2 still und nimmt eine diskrete Stillstandsposition ein. Dabei befindet sich einer der vier Kolben 22 an einer Stillstandsposition, die üblicherweise in einem Stillstandsbereich β liegt. Der Stillstandsbereich β umfasst einen Bereich von 60° +/- 30° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt 42. Um nun herauszufinden, wo welcher der Kolben 22 steht, wird für jeden Kolben 22 eines Zylinders 6 ein Startdatensatz bestimmt, bei dem für jeden Kolben 22 mittels der ihm zugeordneten Markierungen 38 und 40 die Position der Nockenwelle 18 relativ zu der Kurbelwelle 26 bestimmt wird.
Befindet sich nun der vierte Kolben 22 kurz vor dem Ladungswechsel-Totpunkt 42_4, so ist die aufsteigende Flanke 34 des Nockenwellensignals CAM detektierbar. Zu diesem Zeitpunkt - in der Startphase der Brennkraftmaschine 2 - ist kein Synchronisationsimpuls 39 der Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 detektierbar, da die Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 so angeordnet ist, dass sie für den vierten Kolben 22 nicht gleichzeitig mit der Flanke des Nockenwellensignals detektierbar ist. Das Steuergerät 4 wertet nun den Startdatensatz des vierten Kolbens 22 aus, der in einem Bereich von 30° Kurbelwellenwinkel eine aufsteigende Flanke 34 des Nockenwellensignals CAM und keinen Synchronisationsimpuls 39 der Zahnlücke 32 des gezahnten Geberrades 30 aufweist. Das Steuergerät 4 wählt dann mit dieser Information den vierten Kolben 22 der Brennkraftmaschine 2 als denjenigen aus, der als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 versorgt wird.
Nach dem Ladungswechsel-Totpunkt 42_4 des vierten Kolbens 22 detektiert nun das Steuergerät 4 in einem Bereich von annähernd 30° Kurbelwellenwinkel nach dem Ladungswechsel-Totpunkt 42 1 des ersten Kolbens für den ersten Kolben 22 keine der beiden Flanken 34, 36 des Nockenwellensignals CAM, jedoch einen Synchronisationsimpuls 39 des Kurbelwellensignals CRK. Zu diesem Zeitpunkt hat die Kurbelwelle seit dem Start annähernd 360° durchlaufen, also fast eine volle Umdrehung ausgeführt.
Das Steuergerät 4 wertet nun den Startdatensatz des ersten Kolbens 22 aus und wird den ersten Kolben 22 als denjenigen auswählen, der als zweiter mit einem Kraftstoff- Vorabeinspritzer versorgt wird.
Nach den Ladungswechsel-Totpunkten 42_4 und 42 1 des vierten und des ersten Kolbens 22 detektiert nun das Steuergerät 4 in einem Bereich von annähernd 30° Kurbelwellenwinkel vor dem Ladungswechsel-Totpunkt 42_2 des zweiten Kolbens 22 für den zweiten Kolben 22 die absteigende Flanke 36 des Nockenwellensignals CAM, jedoch keinen Synchronisationsimpuls 39 des Kurbelwellensignals CRK. Zu diesem Zeitpunkt hat die Kurbelwelle 26 seit dem Start annähernd 540° durchlaufen, also fast anderthalb Umdrehungen ausgeführt. Das Steuergerät 4 wertet nun den Startdatensatz des zweiten Kolbens 22 aus und wird den zweiten Kolben 22 als denjenigen auswählen, der als dritter mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt wird.
Entsprechend wird der dritte Kolben 22 der Brennkraftmaschine als letzter dann mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt, wenn der Startdatensatz des dritten Kolbens 22 einen Synchronisationsimpuls 39 des Kurbelwellensignals CRK jedoch keine Flanke 34, 36 des Nockenwellensignals aufweist.
Das Steuergerät 4 erhält also in der Startphase der Brennkraftmaschine 2 in einem Bereich von etwa 720° Kurbelwellenwinkel von jedem der Kolben 22 anhand des Nockenwellensignals CAM und des Kurbelwellensignals CRK einen Startdatensatz. Diese Startdatensätze umfassen für jeden Kolben 22 die Information, ob eine der Flanken 34, 36 des Nockenwellensignals CAM oder ein Synchronisationsimpuls 39 des Kurbelwellensignals CRK detektiert worden ist. Aufgrund der eindeutigen Zuordnung der Position der Nockenwelle 18 relativ zu der Kurbelwelle 26 erkennt das Steuergerät 4 die Position des jeweiligen Kolbens 22.
Eine Brennkraftmaschine mit vier Kolben 22 hat 4 Stillstandspositionen pro Arbeitsspiel. Daher kann jeder der vier Kolben 22 derjenige sein, der nach einem Start der Brennkraftmaschine 2 derjenige ist, der als erster mit einem Kraftstoff- Vorabeinspritzer versorgt wird. Daher kann für den ersten mit Kraftstoff zu versorgenden Zylinder 6 innerhalb der ersten 150° Kurbelwellenwinkel nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 der Synchronisationsimpuls 39 der Kurbelwelle 26 detektiert werden. Dieser Kolben 22 wird dann als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt. Die Reihenfolge der anderen Kolben 22 ergibt sich dann durch Phasenverschiebung. Denn wenn der erste Kolben 22 derjenige ist, für den als erstes nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 die Position festgelegt wird, dann sind entweder aufgrund detektierter Markierungen oder aufgrund bekannter Phasenverschiebungen zwischen den Kolben 22 die anderen Kolben 22 in der Reihenfolge zweiter Kolben 22, dritter Kolben 22, vierter Kolben 22 dran.
Entsprechend kann auch der zweite oder der dritte Kolben 22 als erster mit einem Kraftstoff-Vorabeinspritzer versorgt werden, wenn innerhalb der ersten 120° Kurbelwellenwinkel für den zweiten Kolben 22 die absteigende Flanke 36 des Nockenwellensignals CAM oder innerhalb der ersten 150° Kurbelwellenwinkel für den dritten Kolben 22 der Synchronisationsimpuls 39 der Kurbelwelle 26 detektierbar ist. Die Reihenfolge, in der die anderen Kolben 22 mit Kraftstoff-Vorabeinspritzern zu versorgen sind, ergibt sich dadurch, dass die entsprechenden Markierungen 38, 40 detektiert werden oder daraus, dass nach dem zweiten Kolben 22 aufgrund der bekannten Phasenverschiebung zwischen den Kolben 22 der dritte Kolben 22 dran ist.
Alle vier Kolben 22 der Brennkraftmaschine 2 durchlaufen phasenverschoben den gleichen Zyklus. Weiß man die Position eines einzigen Kolbens 22, so stehen relativ zu diesem die Positionen aller anderen Kolben 22 fest. Im Grunde genügt es daher, wenn das Steuergerät 4 unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 die Position eines ersten Kolbens anhand der Markierungen 38, 40 bestimmt. Ist dem Steuergerät 4 unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 die Position eines einzigen Kolbens 22 bekannt, so kann das Steuergerät 4 die Reihenfolge festlegen, in der die Kolben 22 mit Kraftstoff versorgt werden. Aus Redundanzgründen sollte jedoch mindestens noch die Position eines zweiten Kolbens durch Messergebnisse der Markierungen 38, 40 festgelegt werden.
Das Verfahren macht sich also beobachtete bevorzugte Stillstandspositionen der Kolben 22 der Zylinder 6 einer Brennkraftmaschine 2 zu Nutze. In Relation zu diesen bevorzugten Stillstandspositionen werden dann die erste Markierung 38 der Nockenwelle 18 und die zweite Markierung 40 der Kurbelwelle 26 relativ zueinander in fest vorgegebener Weise angeordnet. Dadurch sind beim Start der Brennkraftmaschine die den Kolben 22 zugeordneten Markierungen 38 und 40 detektierbar oder nicht detektierbar, woraus sich eindeutig ermitteln lässt, wo der jeweilige Kolben 22 des Zylinders 6 steht. Mit dieser Information ist dann eine Reihenfolge festlegbar, in der die Zylinder 6 mit Kraftstoff-Vorabeinspritzern zu versorgen sind.

Claims

1. Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (2) mit

- einem Kolben (22) und mindestens einem Einspritzventil (10) je Zylinder (6),

- einer Nockenwelle (18) zur Betätigung der Einlassventile (8), die mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle (26) umläuft,

- einem Nockenwellensensor (20), der ein periodisches Nockenwellensignal (CAM) liefert,

- einem Kurbelwellensensor (28), der ein den Kurbelwellenwinkel charakterisierendes Kurbelwellensignal (CRK) liefert,

- einem zentralen Steuergerät (4), das die Einspritzventile (10) in Abhängigkeit von dem Nockenwellensignal (CAM) und dem Kurbelwellensignal (CRK) so steuert, dass die Einspritzventile (10) während einer Startphase je einen Kraftstoff-Vorabeinspritzer pro Zylinder (6) und anschließend von dem Steuergerät (4) vorgegebene Kraftstoffmengen im normalen sequentiellen Einspritzbetrieb in die Zylinder (6) einspritzen,

DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS

- die Nockenwelle (18) eine erste Markierung (38) und die Kurbelwelle (26) eine zweite Markierung (40) aufweist,

- mittels der ersten Markierung (38) der Nockenwelle (18) und der zweiten Markierung (40) der Kurbelwelle (26) die Position jedes Kolbens (22) relativ zu der Nockenwelle (18) und relativ zu der Kurbelwelle (26) über das Steuergerät (4) festgelegt ist,

- das Steuergerät (4) während der Startphase zunächst für jeden Kolben (22) einen Startdatensatz umfassend die Position des Kolbens (22) relativ zu der Nockenwelle (18) und relativ zu der Kurbelwelle (26) ermittelt,

- das Steuergerät (4) während der Erstellung der Startdatensätze für jeden Kolben (22) mindestens eine der beiden Markierungen (38, 40) erkennt und

- das Steuergerät (4) mittels der Startdatensätze eine Reihenfolge festlegt, in der die Zylinder (6) mit Kraftstoff-Vorabeinspritzern versorgt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die erste Markierung (38) der Nockenwelle (18) innerhalb der Startphase während der ersten 120° Kurbelwellenwinkel als Position für einen Kolben (22) detektiert wird und dass dieser Kolben (22) als erster mit einem Kraftstoff- Vorabeinspritzer versorgt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die zweite Markierung (40) der Kurbelwelle (26) innerhalb der Startphase während der ersten 150° Kurbelwellenwinkel als Position für einen Kolben (22) detektiert wird und dass dieser Kolben (22) als erster mit einem Kraftstoff- Vorabeinspritzer versorgt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS über den Kurbelwellenwinkel ein Abstand der ersten Markierung (38) der Nockenwelle (18) relativ zu der zweiten Markierung (40) der Kurbelwelle (26) festgelegt ist, wobei anhand des Abstands zwischen der ersten Markierung (38) der Nockenwelle (18) und der zweiten Markierung (40) der Kurbelwelle (26) die Drehrichtung der Nockenwelle (18) und der Kurbelwelle (26) über das Steuergerät (4) erfassbar ist.

5. Vorrichtung zum Starten einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (2) mit

- einem Kolben (22) je Zylinder (6) und mindestens einem Einspritzventil (10) je Zylinder(6),

DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS

- die Nockenwelle (18) eine eine erste Markierung (38) und die Kurbelwelle (26) eine zweite Markierung (40) aufweist,

- mittels der ersten Markierung (38) der Nockenwelle (18) und der zweiten Markierung (40) der Kurbelwelle (26) die Position jedes Kolbens (22) relativ zu der Nockenwelle (18) und relativ zu der Kurbelwelle (26) über das Steuergerät (4) festgelegt ist und

- für eine erste Gruppe von Kolben die erste Markierung der Nockenwelle in einem Bereich
α1: etwa 30° Kurbelwellenwinkel vor dem Ladungswechsel-Totpunkt bis annähernd Ladungswechsel- Totpunkt

angeordnet ist und

- für eine zweite Gruppe von Kolben die zweite Markierung der Kurbelwelle () in einem Bereich
a2: annähernd Ladungswechsel-Totpunkt bis etwa 30° Kurbelwellenwinkel nach dem Ladungswechsel-Totpunkt

angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Bereiche α1 und α2 in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel unmittelbar nach bevorzugten Stillstandsbereichen (β) der Kolben (22) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 bei der das Nockenwellensignal (CAM) pro Nockenwellenumdrehung mindestens eine erste aufsteigende Flanke und eine zweite absteigende Flanke aufweist, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die den Kolben (22) zugeordnete erste Markierung (38) der Nockenwelle (18) die erste aufsteigende Flanke und die zweite absteigende Flanke des Nockenwellensignals (CAM) sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das Kurbelwellensignal (CRK) einen Synchronisationsimpuls (39) aufweist, der der Zahnlücke (32) des gezahnten Geberrades (30) der Kurbelwelle (26) zugeordnet ist, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die einem Zylinder (6) zugeordnete zweite Markierung (40) der Kurbelwelle (26) der Synchronisationsimpuls (39) der Zahnlücke (32) des Geberrades (30) der Kurbelwelle (26) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS der Abstand zwischen der ersten Markierung (38) der Nockenwelle (18) und der zweiten Markierung (40) der Kurbelwelle (26) so gewählt ist, dass der Abstand zwischen den Markierungen bezogen auf den Kurbelwellenwinkel davon abhängt, ob sich die Kurbelwelle vorwärts oder rückwärts dreht.