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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die
Stellung mindestens eines Kolbens in einem Zylinder der Brennkraftmaschine
ermittelt wird. Es wird Kraftstoff in einen Brennraum desjenigen
oder derjenigen Zylinder eingespritzt, dessen oder deren Kolben
sich in einem Arbeitstakt befindet.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Die Brennkraftmaschine umfasst eine Detektorvorrichtung zur Ermittlung
der Stellung eines Kolbens in einem Zylinder der Brennkraftmaschine
und eine Kraftstoffzumesseinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum desjenigen mindestens einen Zylinders, dessen
Kolben sich in einer Arbeitsphase befindet. Schließlich betrifft
die vorliegende Erfindung auch ein Steuer- und/oder Regelgerät für eine derartige
mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Ein
Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten
Art ist beispielsweise aus der
DE 31 17 144 A1 bekannt. Das dort beschriebene
Verfahren arbeitet ohne einen elektromotorischen Anlasser. Bei stillstehender
Brennkraftmaschine wird dabei in den Brennraum eines oder mehrerer
Zylinder, deren Kolben sich in der Arbeitsphase befinden, eine für eine Verbrennung
notwendige Menge an Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Danach
wird jeweils in den Brennraum des oder der Zylinder, deren Kolben
den nächsten
Arbeitstakt ausführen,
Kraftstoff eingespritzt und gezündet,
sobald die betreffenden Kolben die Arbeitsstellung erreicht haben.
Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine ohne einen elektrischen
Anlasser und die damit notwendigerweise verbundenen Bauteile ausgebildet werden.
Zudem kann ein Akkumulator der Brennkraftmaschine kleiner dimensioniert
sein, da dieser keine elektrische Energie mehr für den Anlasser und die übrigen elektrischen
Bauteile liefern muss.
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Des
Weiteren ist in
DE
100 20 104 A1 ein Verfahren zum Starten ohne einen elektrischen
Anlasser beschrieben, bei dem, ausgehend von dem Verfahren der eingangs
genannten Art, die Einlass- und/oder Auslassventile mindestens eines
Zylinders, dessen Kolben sich nach einem oberen Totpunkt befindet,
vor dem Startvorgang in eine einer Arbeitsstellung entsprechende
Stellung gebracht werden. Die Brennkraftmaschine verfügt dabei
beispielsweise über
eine nockenwellenfreie Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventile.
Damit kann jedes Einlass- und Auslassventil getrennt von den anderen
Ventilen und unabhängig
von der Stellung der Nockenwelle angesteuert werden. So kann erreicht
werden, dass bei einer Vier- oder Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine zu Beginn des Startvorgangs
zwei Zylinder in eine einer Arbeitsphase entsprechende Stellung
gebracht werden können,
und in die Brennräume
dieser beiden Zylinder gleichzeitig Kraftstoff eingespritzt und
das Kraftstoff-Luft-Gemisch gleichzeitig gezündet werden kann. Durch diese
doppelte Verbrennung entsteht eine besonders starke Anfangsbeschleunigung
der Kurbelwelle und es kommt damit zu einem kurzen Startvorgang.
Dabei bietet eine doppelte Verbrennung eine ausreichende Reserve,
um eventuelle Reib- oder Kompressionswiderstände zu Beginn des Startvorgangs
zu überwinden.
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In
einem zweiten Schritt wird nach dem Stand der Technik in den Brennraum
eines sich in der Verdichtungsphase befindlichen weiteren Zylinders Kraftstoff
eingespritzt und das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Der
Einspritzbeginn in den Brennraum des weiteren Zylinders kann, sofern der
Einspritzdruck hoch genug ist, in die fortschreitende Verdichtungsphase
bis kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes verlagert werden. Durch
die zweite Verbrennung wird die Drehbewegung der Kurbelwelle weiter
beschleunigt. Während
des weiteren Verlaufs des Startvorgangs wird Kraftstoff in die Brennräume der
in der Ansaugphase befindlichen Zylinder eingespritzt und das in
den Brennräumen befindliche
verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch
gezündet.
Auch hier kann die Einspritzung alternativ auch während der
Verdichtungsphase erfolgen, sofern der Einspritzdruck hoch genug
ist.
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Nachteilig
bei dem vorgeschlagenen Startsystem ist, dass es nur bei einem Ottomotor
mit Benzin-Direkteinspritzung in einem beschränkten Temperaturbereich und
aus beschränkten
Anfangslagen der Kurbelwelle funktioniert, die sich häufig beim
Abstellen und Auspendeln des Verbrennungsmotors einstellen.
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Generell
sind die kritischen Phasen beim Direktstart von Brennkraftmaschinen
mit Benzindirekteinspritzung (BDE) die ersten zwei Verbrennungen. Bei
der ersten Verbrennung ist die Startdrehzahl der Kurbelwelle null
und es gibt keine Vorverdichtung.
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Ein
Direktstartbeginn kann daher nur in einer Auspendellage von ca.
90° KW nach
dem oberen Totpunkt, d. h. Verbrennungsbeginn im Arbeitszylinder, erfolgreich
sein, da dann nur eine halbe Kompression des Nachfolgezylinders
zu überwinden
ist. Die zweite Verbrennung findet bereits mit vorkomprimiertem
Gemisch statt, d. h. liefert also bereits eine verbesserte Verbrennung,
muss andererseits aber eine volle Kompression überwinden.
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Daher
können
Direktstarts von Benzin-Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschinen nur aus einer günstigen
Auspendellage in einem bestimmten Motortemperaturbereich selbsttätig funktionieren,
da bei tiefen und sehr tiefen Temperaturen, z. B. zwischen 0° und –28° C, sich
zum einen die Auspendellagen oft von der gewünschten 90° Kurbelwellenlage nach dem oberen
Totpunkt in Richtung einer Gleichverteilung ändern, als auch andererseits
das Problem auftritt, dass der kalte Kraftstoff ohne Kompression
keinen Dampfanteil enthält.
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Andererseits
besteht bei hohen und sehr hohen Motortemperaturen, d. h. Zylinder-Lufttemperaturen
bis über
120° C,
das Problem, dass die Luftmasse deutlich kleiner und die Homogenität des eingespritzten
Kraftstoffs verschlechtert ist, so dass deutlich weniger Energie
umgesetzt werden kann. Gleichzeitig erhöhen sich die Kompressionsmomente,
da durch die bessere Schmierung die Leckage verkleinert ist.
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Zur
Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und zur Verbesserung der elektrischen
Bordnetzleistung sowie zur Verbesserung des Startverhaltens, insbesondere
beim Start-Stopp-Betrieb,
d. h. z. B. beim automatischen Abschalten der Brennkraftmaschine
z. B. bei einem Ampelstopp, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl
von Systemen entwickelt, die über
einen integrierten Startergenerator auf der Kurbelwelle (ISG) sowie über einen
riemengetriebenen Startergenerator anstelle des heutigen Generators
(RSG) verfügen.
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Allerdings
hat man beim Startbetrieb dieser Systeme, insbesondere im Start-Stopp-Betriebsfall, im
Vergleich zum konventionellen Startsystem ein verhältnismäßig kleines
Trägheitsmoment
an der Kurbelwelle, was bei der im Verhältnis zum konventionellen Starter
kleinen Übersetzung
zu einer zusätzlichen
Momentenerhöhung,
zu hohen Startleistungen und damit zu hohen Systemkosten führt.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten einer
mehrzylindrigen Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der ein
sicheres Starten insbesondere der Benzin-Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine
verwirklicht werden kann.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine, wobei die Stellung mindestens eines Kolbens
in einem Zylinder sowie die Motortemperatur ermittelt wird, und
wobei bei einer Motortemperatur in einem vorgegebenen Intervall
und einer vorgegebenen Lage mindestens eines Kolbens in der Arbeitsphase
in den zugeordneten Zylinder Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch
aus Kraftstoff und im Zylinder befindlichem Gas gezündet wird,
zum Durchführen
eines Direktstarts und wobei zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt überprüft wird,
ob die Drehzahl beim Direktstart einen definierten Grenzwert unterschreitet
und in diesem Fall ein Starthilfesystem aktiviert wird, bis die
Drehzahl der Brennkraftmaschine eine Drehzahlschwelle überschreitet
und wobei in dem Fall, dass die Motortemperatur und/oder die Lage
des Kolbens nicht in den vorgegebenen Werten liegt, das Starthilfesystem
vor dem Start der Brennkraftmaschine betätigt wird, bis die vorgegebene
Lage eines Kolbens im Arbeitstakt erreicht wird, wobei dann in den
entsprechenden Zylinder eingespritzt und das entstehende Gemisch
gezündet
wird und das Starthilfesystem so lange aktiviert bleibt, bis die
Drehzahl die Drehzahlschwelle überschreitet.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung besitzt den Vorteil eines Startsystems mit einer Brennkraftmaschine
insbesondere mit Benzindirekteinspritzung einen Direktstart durchführen zu
können,
wobei ein sicherer Start stets gewährleistet ist. Hierzu ist ein
Starthilfesystem vorgesehen, das fallweise sowohl die Positionierung
bewerkstelligen kann als auch durch die überlagerte Antriebsleistung
einen dynamischen und geräuscharmen
Start bei allen Randbedingungen sichert. Darüber hinaus kann vorgesehen
sein, dass bei günstigen
Randbedingungen ein Direktstart erfolgen kann.
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Dabei
können
im wesentlichen drei Fälle
unterschieden werden. Die Motortemperatur befindet sich in einem
vorgegebenen Intervall und die Stellung mindestens eines Kolbens
in einem Zylinder ist in einer definierten Vorzugslage, die einen
Direktstart ermöglicht.
Diese vorgegebene Vorzugslage liegt insbesondere bei ± 45° um 90° KW nach
einem oberen Totpunkt im Arbeitstakt, insbesondere bei ± 25° KW und vorzugsweise
bei ± 10° KW um die
90° Lage nach
dem oberen Totpunkt (OT) im Arbeitstakt.
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In
diesem Fall kann ohne Starthilfesystem ein Start erfolgreich sein,
der unmittelbar nur durch die Brennkraftmaschine selbst erfolgt.
Ein derartiger Start wird dann durchgeführt und es wird zu einer oder
mehreren definierten Zeiten überprüft, ob die Drehzahl
beim Direktstart einen definierten Grenzwert über- oder unterschreitet. Überschreitet
sie einen vorgegebenen Grenzwert, so kann positiv davon ausgegangen
werden, dass der weitere Hochlauf der Maschine erfolgreich sein
wird. Unterschreitet jedoch zu einem oder mehreren vorgegebenen
Zeitpunkten die Kurbelwelle eine gewisse vorgegebene Drehzahl, muss
davon ausgegangen werden, dass der Direktstart nicht erfolgreich
sein wird. In diesem Fall kann dann das Starthilfesystem zugeschaltet
werden und kann den Start der Brennkraftmaschine unterstützen.
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Darüber hinaus
kann im Fall, dass festgestellt wird, dass die Motortemperatur und/oder
die Lage des Kolbens nicht in den bevorzugten Werten liegen, über das
Starthilfesystem eine Positionierung erfolgen. Schließlich kann
in diesem Fall vorgesehen sein, zusätzlich zur reinen Positionierung
das Starthilfesystem mit überlagertem
Start der Brennkraftmaschine zu verwenden, wobei in jedem der Fälle das Starthilfesystem
nur so lange aktiviert bleibt, bis eine Drehzahlschwelle überschritten
wird, ab der dann ein sicherer weiterer Hochlauf gewährleistet
ist und das Starthilfesystem wieder deaktiviert bzw. ausgespurt werden
kann.
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Da
das Starthilfesystem nur im Bedarfsfall kurzzeitig eingesetzt wird,
ist für
den Fahrer hinsichtlich Startverhalten und Geräusch keine Benachteiligung
gegeben.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl nach der ersten und/oder
der zweiten Verbrennung bestimmt wird. D. h., bei Startbeginn trifft
eine übergeordnete
Startsteuerung eine Entscheidung bezüglich der aktuellen Motortemperatur
und der Auspendellage, ob ein Direktstart ohne Starthilfe erfolgreich
sein wird. Zur Absicherung wird darüber hinaus die Drehzahl an
der Kurbelwelle überwacht. Wenn
zu einem Zeitpunkt t1 die Drehzahl n1 eine gewisse Drehzahlschwelle ns1 nicht überschreitet,
kann davon ausgegangen werden, dass der weitere Hochlauf aufgrund
der bisher vorliegenden Beschleunigung nicht erfolgreich sein wird.
Das Gleiche kann nach der zweiten Verbrennung zum Zeitpunkt t2 für die
Drehzahl n2 und die Drehzahlschwelle ns2 ermittelt werden. Dabei sind die Schwelldrehzahlen
ns1 und ns2 zusammen
mit den Zeitpunkten t1 und t2 so gewählt, dass
die Beschleunigung aus den ersten beiden Verbrennungen im Hinblick
auf einen genügend
dynamischen Start positiv bewertet werden kann. Wahlweise kann jedoch
lediglich die Drehzahl nach der ersten oder der zweiten Verbrennung
mit einer Drehzahlschwelle verglichen werden. Reduziert man die
Abfrage auf den Zeitpunkt t1 nach der ersten Verbrennung,
kommt die fallweise notwendige Starterunterstützung früher, wenn nicht noch der Zeitpunkt
t2 abgewartet wird. Wählt man hingegen lediglich
eine Abfrage zum Zeitpunkt t2, kann auf
eine Drehzahl n1 zugunsten kleinerer Startereingriffszeiten
und zur Verringerung der Steuerlogik verzichtet werden.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass als Kurbelwellenwinkel, bei dem ein erfolgreicher
Start angenommen werden kann, der Kurbelwellenwinkel um ± 45° KW um die
90° KW-Lage
nach dem oberen Totpunkt im Arbeitstakt eines Zylinders liegt. Insbesondere
kann ein Kurbelwellenwinkel von ± 25° Kurbelwinkel und insbesondere
von ± 10° Kurbelwinkel
um die 90° Lage
als Vorzugslage angesehen werden, aus welcher heraus ein Direktstart
der Brennkraftmaschine durch Zündung
in einem oder mehreren im Arbeitstakt befindlichen Zylindern eines
Kraftstoff-Gas-Gemisches erfolgreich sein wird.
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Als
Drehzahlschwelle kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlschwelle
nach der ersten Verbrennung bei ≥ 50
1/min, insbesondere bei ≥ 70
1/min liegt. Die Drehzahlschwelle nach der zweiten Verbrennung zum
Zeitpunkt t2 kann bei ≥ 100 1/min, insbesondere bei ≥ 120 1/min
liegen. Dabei kann als Zeitpunkt t1 ein
Zeitpunkt um 200 ms und für
den Zeitpunkt t2 ein Zeitpunkt bei ca. 350
ms gewählt
werden. Die Zeitpunkte sind dabei abhängig von der zu erwartenden
Drehzahl und damit von der zu erwartenden Beschleunigung, die in
der Brennkammer durch die Verbrennung erreicht werden kann und durch
den Kolben auf die Kurbelwelle übertragen
wird. Die jeweiligen Zeiten sind daher motorabhängig zu bestimmen.
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Die
Grenzdrehzahl für
das Abschalten bzw. Ausspuren des Starthilfesystems, sofern dieses
fallweise zugeschaltet worden ist, kann bei ≥ 300 1/min, insbesondere bei ≥ 400 1/min
oder ≥ 500
1/min liegen. Ab dieser Grenzdrehzahl kann davon ausgegangen werden,
dass ein weiterer Hochlauf erfolgreich sein wird und gleichzeitig
nur eine minimale Verschleißzeit
und eine geringe Geräuschbelastung existiert.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm
zur Ausführung
des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art geeignet ist, wenn
es auf einem Computer ausgeführt
wird und in einem Speicher abgelegt ist.
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Des
Weiteren erfasst die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine, das einen Speicher umfasst, auf dem ein
Computerprogramm der vorstehenden Art abgespeichert ist.
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Schließlich ist
Teil der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Detektorvorrichtung zur
Ermittlung der Stellung mindestens eines Kolbens in seinem zugeordneten
Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Kraftstoffzumesssystem zur
Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum desjenigen Zylinders,
dessen Kolben sich in einer Arbeitsphase befindet, mit einem Starthilfesystem
zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens, wobei je nach Stellung des Kolbens
in den Zylindern sowie einer in der Brennkraftmaschine gemessenen
Temperatur und/oder Drehzahl zu mindestens einem Zeitpunkt das Starthilfesystem
mit einer Kurbelwelle koppelbar und ab einem gewissen Drehzahlschwellwert
wieder entkoppelbar ist.
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Die
Brennkraftmaschine kann dabei als Starthilfesystem einen Starter,
einen Riemen-Starter, einen Riemen-Starter-Generator, einen getriebeseitigen Starter
oder Starter-Generator
oder einen Kurbelwellen-Starter-Generator umfassen.
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Des
Weiteren kann ein vorstehend beschriebenes Regel- und/oder Steuergerät vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine
kann dabei vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder oder auch andere
Zylinderzahlen umfassen.
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Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unterlagen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Tabelle der Startfälle
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3 ein Ablaufdiagramm der
Startfälle.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Brennkraftmaschine
in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die
Brennkraftmaschine 1 weist einen Kolben 2 auf, der
in einem Zylinder 3 hin- und
herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen,
an den über
Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen
sind. Des Weiteren sind dem Brennraum 4 ein mit einem Signal
TI ansteuerbares Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal
ZW ansteuerbare Zündkerze 9 zugeordnet.
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In
einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1,
wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer
durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in
den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare
Umgebung der Zündkerze 9 sowie
zeitlich unmittelbar vor dem oberen Totpunkt OT des Kolbens 2 bzw.
vor dem Zündzeitpunkt.
Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 9 der
Kraftstoff entzündet,
so dass der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch
die Ausdehnung des entzündeten
Kraftstoffs angetrieben wird.
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In
einer zweiten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1,
wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 8 während einer
durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt.
Durch die gleichzeitig angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff
verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig (homogen)
verteilt. Danach wird das Kraftstoff/Gas-Gemisch während der
Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 9 entzündet zu
werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der
Kolben 2 angetrieben.
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Im
Schichtbetrieb wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen
Kolben 2 eine Kurbelwelle 10 in eine Drehbewegung
versetzt, über die
letztendlich die Räder
des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Der Kurbelwelle 10 ist
ein Drehzahlsensor 11 zugeordnet, der in Abhängigkeit
von der Drehbewegung der Kurbelwelle 10 ein Signal n erzeugt.
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Der
Kraftstoff wird im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb unter einem
hohen Druck in das Einspritzventil 8 in den Brennraum 4 eingespritzt.
Zu diesem Zweck ist eine elektrische Kraftstoffpumpe vorgesehen,
die unabhängig
von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird und einen
sogenannten Raildruck erzeugt.
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Die
im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil 8 in
den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse wird von
einem Steuergerät 12,
insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch
und/oder eine geringe Schadstoffemission gesteuert und/oder geregelt.
Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 12 mit einem Mikroprozessor
versehen, der in einem Steuerelement, insbesondere einem Read-Only-Memory,
ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die Steuerung
und/oder Regelung durchzuführen.
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Das
Steuergerät 12 ist
von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das
Steuergerät 12 mit
einem in dem Ansaugrohr 6 angeordneten Luftmassensensor, einem
in dem Abgasrohr 7 angeordneten Lambdasensor und/oder mit
dem Drehzahlsensor 11 verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät mit einem Fahrpedalsensor 13 verbunden,
der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer
betätigten
Fahrpedals angibt.
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Das
Steuergerät
erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der
Brennkraftmaschine 1 entsprechend der gewünschten
Steuerung und/oder Regelung beeinflusst werden kann. Beispielsweise
ist das Steuergerät 12 mit
dem Einspritzventil 8 und der Zündkerze 9 verbunden
und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale TI,
ZW.
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2 zeigt eine Tabelle der
Startfälle
und Abfragekriterien, sowie der Startunterstützungs-Bereiche. 3 zeigt ein Ablaufschema
der Startfälle.
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Nach
einer Startanforderung wird zunächst ermittelt,
ob der Kurbelwellenwinkel in einer Vorzugslage, d. h. also um 90° Kurbelwinkel,
insbesondere bei ± 45° um 90° Kurbelwinkel
liegt, d.h., ob die Startbedingungen, nämlich Auspendelstellung und
Motortemperatur in einem für
die Direktstartfähigkeit
festgelegten Bereich liegen.
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In
diesem Fall sowie bei Vorliegen einer Motortemperatur in einem zulässigen Intervall
wird in den oder die sich im Arbeitstakt befindlichen Zylinder Kraftstoff
eingespritzt und dann das Gemisch aus Kraftstoff und Luft im Brennraum
gezündet.
Durch die entstehende Verbrennung und Expansion wird der mindestens
eine Kolben im Arbeitstakt im Zylinder nach unten bewegt und treibt
die Kurbelwelle an. Zu einem Zeitpunkt t1 – z.B. 200
ms – wird
nun die Drehzahl n der Kurbelwelle ermittelt. Liegt die Drehzahl
n unterhalb einer Drehzahl ns1, die z.B.
bei 70 min–1 festgesetzt
wurde, wird ein Starthilfesystem aktiviert.
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Darüber hinaus
wird zu einem Zeitpunkt t2, der z.B. bei
350 ms angesetzt ist, wiederum die Drehzahl ermittelt. Liegt die
Drehzahl hier unter ns2, z.B. bei 120 1/min,
bleibt das Starthilfesystem weiter aktiviert bzw. wird aktiviert,
sofern zwar nach der ersten Verbrennung zum Zeitpunkt t1 eine
Drehzahl über
ns1 erzielt werden konnte, jedoch bei t2 die Drehzahl unter ns2 liegt.
Der Starter bleibt dann so lange aktiviert, bis die tatsächliche
Drehzahl über
den Schwellwert ns3, der z.B. bei 400 1/min
liegt, hinweggeht. Bei Überschreiten
der Drehzahlschwelle ns3 kann dann das Starthilfesystem
deaktiviert werden.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
lediglich zum Zeitpunkt ns1 oder ns2 eine Überwachung
der Drehzahl durchzuführen
und hierauf basierend eine Zuschaltung des Starthilfesystems vorzunehmen.
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3 zeigt nun ein Ablaufschema
für das
erfindungsgemäße Verfahren.
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Dabei
wird das Verfahren mit Anforderung eines Startes der Brennkraftmaschine
gestartet. Es erfolgt daraufhin zunächst eine Abfrage, ob die Motortemperatur
T im Intervall von T1 und T2 liegt.
Des Weiteren wird abgefragt, ob ein Zylinder 1, der sich
im Arbeitstakt befindet, einen Kurbelwellenwinkel in Intervall aus
Kurbelwellenwinkel KW1 und Kurbelwellenwinkel KW2 aufweist, wobei
dieses Intervall durch die Vorzugslage um 90° nach dem oberen Totpunkt gebildet
wird. Sind diese Starbedingungen erfüllt, ist dies in 2 mit i.O. gekennzeichnet.
An dieser Stelle erfolgt die erste Unterscheidung im Startverfahren. Liegt
die Temperatur im Intervall von T1 und T2 und liegt der Kurbelwellenwinkel des Zylinders,
der sich im Arbeitstakt befindet, im Bereich der Kurbelwellenwinkel
KW1 bis KW2, die ein zulässiges
Intervall um die Vorzugslage von 90° nach dem oberen Totpunkt darstellen,
so erfolgt zunächst
eine Einspritzung und Zündung
in diesen Zylinder 1. Der Motor setzt sich durch BDE-Direktstartmomente
in Bewegung. Wie aus dem Ablaufdiagramm 3 ersichtlich ergeben sich durch den
Drehzahlvergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert bei t = t1 und
bei t = t2 die Startfälle 1.1–2.2.
Startfall
1.1: In diesem (häufigen)
Fall wird bei beiden Drehzahlabfragen (entsprechend den ersten zwei Verbrennungen)
das das gesetzte Kriterium (ns1, ns2) überschritten,
so dass ein regulärer
BDE-Direktstart (ohne Unterstützung
durch ein Startsystem) erfolgt.
Startfall 1.2: ist nur das
Ergebnis der zweiten Drehzahlabfrage negativ, so wird ab t = t2
bis n > ns3 (tx) das
Starthilfssystem zur Startunterstützung eingesetzt.
Startfall
2.1: Ist nur das Ergebnis der ersten Drehzahlabfrage negativ, so
wird ab t = t1 bis t = t2 das Starthilfssystem zur Startunterstützung eingesetzt.
Startfall
2.2: Sind beide Drehzahlabfragen negativ, so wird ab t = t1 bis
n > ns3 das Starthilfssystem
zur Startunterstützung
eingesetzt.
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Der
dritte Startfall ist nun der Startfall, bei dem die erste Abfrage
bezüglich
der Temperatur und/oder des Kurbelwellenwinkels mit nein beantwortet
worden ist. In diesem Fall wird das Starthilfesystem aktiviert.
Es erfolgt dann erneut eine Abfrage bezüglich des Kurbelwellenwinkels.
Die Abfrage wird so lange wiederholt, bis der Kurbelwellenwinkel
im gewünschten
Intervall liegt. Wird die Frage dann mit ja beantwortet, erfolgt
eine erste Zündung
und Einspritzung. Das Starthilfesystem bleibt jedoch aktiviert und
der Direktstart wird lediglich als hierzu überlagerter Start durchgeführt. Zum
Zeitpunkt tx erfolgt dann die Abfrage, ob
die Drehzahl n ≥ ns3 ist. Wird diese Frage mit ja beantwortet,
wird das Starthilfesystem deaktiviert. Es erfolgt dann ein weiterer
Hochlauf bzw. weitere Fahranforderungen können, wie in den bereits beschriebenen
Fällen,
durchgeführt
werden und das Startverfahren ist beendet. Wird die Frage mit nein
beantwortet, erfolgt ein weiterer Hochlauf durch Einspritzung und
Zündung
in weitere Zylinder, zusammen mit dem Starthilfesystem so lange,
bis die Drehzahl den Schwellwert ns3 überschritten
hat. Startfall 3 ist selten, daher kann auf frühzeitiges Ausspuren des Starthilfesystems
verzichtet werden. Ansonsten verläuft er entsprechend den Startfällen 1.2 bzw.
2.1.
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Auf
diese Weise kann das Starthilfesystem bezüglich seiner Leistung schwächer ausgelegt
und damit optimiert werden, gegenüber herkömmlichen Starthilfesystemen.
Die Motortemperatur kann dabei z. B. im Intervall T1 von
0° bis T2 bei 120° angesetzt werden.
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Durch
die Unterscheidung in drei Startfälle: 1) Brennkraftmaschinen-Direktstart
der direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine ohne Startunterstützung durch
das Starthilfesystem; 2) Direktstart mit verspäteter Unterstützung, aufgrund
der durch die Drehzahlüberwachung
erkannten Startprobleme bzw. der zu geringen Startdynamik, die durch die
Drehzahlüberwachung
und das entsprechende Steuerungs- und Regelungsgerät signalisiert
wird; 3) Starthilfe mit Überlagerung
eines Direktstarts ab einer geeigneten Lageposition des Kolbens;
kann jeweils eine minimale Einsatzzeit des Starthilfesystems und
damit ein gleichzeitig dynamischer, aber geräuscharmer Start sichergestellt
werden, der kostengünstig
verwirklicht werden kann.
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Eine
Abwandlung des Startfalls 3 erweitert im Startfall 4 die Methode
auf Motoren mit Saugrohreinspritzung.
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Dazu
wird im Start-Stopp-Modus beim Abstellen eingespritzt und positioniert.