DE10341279B4 - Method of performing a high-pressure start - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Durchführung eines Hochdruckstarts einer Brennkraftmaschine (1) mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, bei dem die Brennkraftmaschine (1) mindestens einen in einem Zylinder (3) bewegbaren Kolben (2) umfasst, wobei der Kolben (2) mit einer Kurbelwelle (14) gekoppelt ist und eine Hochdruckkolbenpumpe mittels der Kurbelwelle (14) oder einer mit der Kurbelwelle (14) verbundenen Nockenwelle angesteuert wird, wobei die Lage der Kurbelwelle (14) und/oder der Nockenwelle beim Abstellen und/oder vor dem Start der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird, bei dem eine Positionierung eines Kolbens der Hochdruckkolbenpumpe vor der Start erfolgt.Method for performing a high-pressure start of an internal combustion engine (1) with direct fuel injection, in which the internal combustion engine (1) comprises at least one piston (2) movable in a cylinder (3), the piston (2) being coupled to a crankshaft (14) and a high-pressure piston pump is controlled by means of the crankshaft (14) or a camshaft connected to the crankshaft (14), the position of the crankshaft (14) and / or the camshaft being determined when the internal combustion engine (1) is switched off and / or before starting in which a piston of the high-pressure piston pump is positioned before the start.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Hochdruckstarts einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei dem die Brennkraftmaschine mindestens einen in einem Zylinder bewegbaren Kolben umfasst, wobei der Kolben mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist und eine Hockdruckkolbenpumpe mittels einer Nockenwelle oder Kurbelwelle angesteuert wird.The invention relates to a method for carrying out a high pressure start of a direct injection fuel internal combustion engine, wherein the internal combustion engine comprises at least one piston movable in a cylinder, wherein the piston is coupled to a crankshaft and a high pressure piston pump is driven by means of a camshaft or crankshaft.
Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum sind allgemein bekannt. Es wird dabei als erste Betriebsart ein sogenannter Schichtladungs- oder Schichtbetrieb und als zweite Betriebsart ein sogenannter Homogenbetrieb unterschieden. Der Schichtbetrieb wird insbesondere bei kleineren Lasten verwendet, während der Homogenbetrieb bei größeren, an der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten zur Anwendung kommt. Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum und zwar dort in der unmittelbaren Umgebung einer Zündkerze eingespritzt. Dies hat zur Folge, dass keine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs in den Brennraum mehr erfolgen kann. Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, dass mit einem sehr geringen Kraftstoffverbrauch die anliegenden kleineren Lasten der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können. Größere Lasten können allerdings nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden. Darüber hinaus bietet der Schichtbetrieb den Vorteil einer geringeren Abgaserzeugung insbesondere im Hinblick auf entstehende Kohlenwasserstoffe. Im für größere Lasten vorgesehenen Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt, so dass eine Verwirbelung und damit eine Verteilung des Kraftstoffs in dem Brennraum noch ohne weiteres erfolgen kann.Internal combustion engines with direct injection of fuel into a combustion chamber are well known. In this case, a so-called stratified charge or stratified operation is distinguished as the first operating mode, and a so-called homogeneous operation as the second operating mode. The shift operation is used in particular for smaller loads, while the homogeneous operation is used for larger, applied to the engine loads. In stratified operation, the fuel is injected during the compression phase of the internal combustion engine into the combustion chamber, specifically there in the immediate vicinity of a spark plug. This has the consequence that no uniform distribution of the fuel in the combustion chamber can be done more. The advantage of the shift operation is that with a very low fuel consumption, the adjacent smaller loads of the internal combustion engine can be performed. However, larger loads can not be met by the shift operation. In addition, the shift operation offers the advantage of a lower exhaust gas production, in particular with regard to hydrocarbons formed. In the homogeneous operation provided for larger loads, the fuel is injected during the intake phase of the internal combustion engine, so that a swirling and thus a distribution of the fuel in the combustion chamber can still take place without further ado.
In beiden Betriebsarten werden die einzuspritzenden Kraftstoffmassen und der Sauerstoffbedarf von einem Steuergerät in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Parametern auf einen im Hinblick auf die Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung und dergleichen optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt.In both modes, the fuel masses to be injected and the oxygen demand are controlled and / or regulated by a controller in response to a plurality of parameters to an optimum value in terms of fuel economy, exhaust gas reduction, and the like.
Zum Starten derartiger Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung ist es bekannt, mit einem elektromotorischen Starter die Brennkraftmaschine in eine Bewegung zu versetzen und dann nach etwa ein bis zwei Umdrehungen bzw. bei Erreichen einer Zünddrehzahl der Brennkraftmaschine den Kraftstoff entsprechend der zweiten Betriebsart, also dem Homogenbetrieb, in die Brennräume einzuspritzen und zu zünden.For starting such internal combustion engines with direct injection, it is known to set the internal combustion engine with an electric motor starter and then after about one to two revolutions or when reaching an ignition speed of the internal combustion engine, the fuel according to the second mode, ie the homogeneous operation, in inject the combustion chambers and ignite.
Aus der
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Aus der
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Alternativ sind Direktstartverfahren vorgeschlagen worden.Alternatively, direct start methods have been proposed.
So ist es zum einen insbesondere bei sogenannten Start-Stop-Situationen der Brennkraftmaschine, bei der diese z. B. an roten Ampeln ausgeschaltet und dann zur Weiterfahrt gestartet wird, vorgesehen worden, einen direkten Start ohne Anlasser vorzusehen. So schlägt beispielsweise die
Derartige Direktstartverfahren funktionieren jedoch lediglich bei bestimmten Lagen des Kolbens im Zylinder und darüber hinaus auch nur bei bestimmten Motortemperaturwerten, wie sie beispielsweise in einem Start-Stop-Betrieb vorliegen.However, such direct start methods only function at certain positions of the piston in the cylinder and, moreover, only at certain engine temperature values, such as those in a start-stop mode, for example.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, ein alternatives Startverfahren bereitzustellen, mit dem ebenfalls ein sicherer Start bei gleichzeitig verbessertem Abgasausstoß erreicht werden kann.The invention now has the task of providing an alternative starting method with which a safe start can also be achieved with simultaneously improved exhaust emissions.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung eines Hochdruckstarts einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung der gattungsgemäßen Art, wobei die Lage der Kurbelwelle und/oder einer damit verbundenen Nockenwelle beim Abstellen und/oder vor dem Start der Brennkraftmaschine bestimmt wird und bei dem eine Positionierung der Hochdruckkolbenpumpe vor dem Start erfolgt.The invention solves this problem by a method for performing a high-pressure start of an internal combustion engine with direct fuel injection of the generic type, wherein the position of the crankshaft and / or an associated camshaft when parking and / or before the start of the internal combustion engine is determined and in which a positioning of the High-pressure piston pump before starting takes place.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Bei Benzinmotoren mit Direkteinspritzung ist es vorgesehen, diese zukünftig mittels eines Hochdruck- bzw. Schichtstartes zu starten. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Einspritzung für die erste Verbrennung in den Verdichtungs- oder Kompressionstakt erfolgt, wie dies üblicherweise bei einer Schichteinspritzung vorgesehen ist. Dies führt zu einer besseren Gemischaufbereitung aufgrund der höheren Brennraumtemperatur in der Verdichtungsphase und damit zu einer höheren Zündsicherheit auch aufgrund des fetten Gemisches an der Zündkerze. Auf diese Weise können die Kohlenwasserstoffemissionen erheblich reduziert werden.For gasoline engines with direct injection, it is planned to start them in the future by means of a high-pressure or shift start. It is provided in particular that the injection for the first combustion takes place in the compression or compression stroke, as is usually provided in a stratified injection. This leads to a better mixture preparation due to the higher combustion chamber temperature in the compression phase and thus to a higher ignition safety also due to the rich mixture of the spark plug. In this way, the hydrocarbon emissions can be significantly reduced.
Grundsätzlich ist für ein Schichteinspritzung ein ausreichender Kraftstoffdruck erforderlich. Dieser wird durch eine Hochdruckpumpe, die insbesondere als Hochdruckkolbenpumpe mit einem Zylinder ausgebildet ist, während des Startvorganges aufgebaut. Je nach Stellung des Zylinders der Hochdruckkolbenpumpe beim Motorstart kommt es schneller oder langsamer zu einem Kraftstoffdruckaufbau. Dabei erlaubt ein schneller Druckaufbau eine frühzeitige Schichteinspritzung und damit einen abgasoptimierten, schnellen Motorhochlauf.Basically, a sufficient fuel pressure is required for a stratified injection. This is constructed by a high-pressure pump, which is designed in particular as a high-pressure piston pump with a cylinder, during the starting process. Depending on the position of the cylinder of the high-pressure piston pump when starting the engine, fuel pressure builds up faster or slower. In this case, a rapid pressure build-up allows an early shift injection and thus an exhaust-optimized, fast engine run-up.
Es kann vorgesehen sein, sofern der Kraftstoffdruck während der ersten Einspritzung nicht ausreicht, zunächst eine Homogeneinspritzung vorzunehmen und bei der nächsten oder einer späteren Einspritzung auf eine Schichteinspritzung umzuschalten. Dabei ist z. B. vorgesehen, dass für einen Hochdruckstart mit Schichteinspritzung der Einspritzdruck, der durch die Hochdruckpumpe beispielsweise in einem Common-Rail erzeugt wird, ≥ 20 bar betragen soll. Der Druck wird hierzu überwacht.Provided that the fuel pressure during the first injection is not sufficient, it may be provided to first carry out a homogeneous injection and to switch over to stratified injection at the next or a later injection. It is z. B. provided that for a high-pressure start with stratified injection of the injection pressure, which is generated by the high-pressure pump, for example in a common rail, should be ≥ 20 bar. The pressure is monitored for this purpose.
Des Weiteren kann ein Anlasser oder ein Starthilfesystem vorgesehen sein, das neben seiner Funktion, den Start zu unterstützen, eine Positionierung der Hochdruckpumpe vornehmen kann und wobei die Positionierung alternativ auch über einen gesteuerten Auslauf sowie über einen Eingriff mittels der Drosselklappenstellung oder den Eingriff einer Motorbremsvorrichtung erfolgen kann, wobei die Positionierung vorzugsweise so erfolgen soll, dass die Hochdruckkolbenpumpe vor dem Start in eine Position im Bereich von ±45° um den unteren Totpunkt der Kolbenpumpe gebracht wird. Vorzugsweise kann eine Position von ±30°, insbesondere von ±20° und insbesondere um ±10° sowie insbesondere vorzugsweise um ±5° um den unteren Totpunkt vorgesehen sein.Furthermore, a starter or a starting aid system can be provided, which in addition to its function to assist the start, a Positioning of the high-pressure pump can make and wherein the positioning can also be alternatively via a controlled outlet and an intervention by means of the throttle position or engagement of an engine braking device, the positioning should preferably be such that the high-pressure piston pump before starting in a position in the range of ± 45 ° is brought around the bottom dead center of the piston pump. Preferably, a position of ± 30 °, in particular of ± 20 ° and in particular by ± 10 ° and in particular preferably by ± 5 ° around the bottom dead center be provided.
Als Starthilfesystem kann ein üblicher Anlasser vorgesehen sein, der bei einer Startanforderung die Brennkraftmaschine zunächst bis zu einer erforderlichen Zünddrehzahl beschleunigt bzw. anfährt, wobei hierbei gleichzeitig eine Positionierung erfolgen kann.As a start assist system, a conventional starter may be provided which initially accelerates or anfährt the internal combustion engine to a required firing speed at a start request, in which case a positioning can be carried out at the same time.
Dabei kann vorgesehen sein, dass ab einem vorgegebenen definierten Einspritzdruck eine erste Einspritzung im Schichtbetrieb erfolgt, wobei vorher eine Einspritzung im Homogenbetrieb vorgenommen wird.It can be provided that, starting from a predetermined defined injection pressure, a first injection takes place in stratified operation, wherein previously an injection is carried out in homogeneous operation.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, da die Stellung des Kolbens im Hochdruckzylinder der Pumpe an die Stellung der Kurbelwelle gekoppelt ist, diese Kopplung dergestalt vorzusehen, dass bei einer Vorzugslage, wie sie für die meisten Motoren existiert, in der die Kurbelwelle mitsamt den Kolben bevorzugt zum Stehen kommt, dann eine günstige Lage der Hochdruckpumpe erreicht wird. Alternativ kann vorgesehen sein, die Startlage der Kolbenpumpe mit einer günstigen Startanordnung der Kurbelwelle sowie der damit verbundenen Kolben zu koppeln. Eine günstige Startanordnung der Kolbenpumpe ist dabei gegeben, sofern sich der Kolben der Kolbenpumpe in der Nähe des unteren Totpunkts befindet bei abgestellter Brennkraftmaschine und zugleich der Nocken zur Ansteuerung der Kolbenpumpe und zur Erzeugung eines Druckaufbaus in der Kolbenpumpe so angeordnet ist, dass er unmittelbar nach Starten der Brennkraftmaschine, beispielsweise mittels eines Anlassers, einen Druckaufbau in der Kolbenpumpe bewirkt.In addition, it may be provided, since the position of the piston is coupled in the high-pressure cylinder of the pump to the position of the crankshaft to provide this coupling such that at a preferred position, as it exists for most engines, in which the crankshaft together with the piston preferred for Standing comes, then a favorable position of the high-pressure pump is reached. Alternatively, it can be provided to couple the starting position of the piston pump with a favorable starting arrangement of the crankshaft and the piston connected thereto. A favorable starting arrangement of the piston pump is given, if the piston of the piston pump is in the vicinity of the bottom dead center with the internal combustion engine and at the same time the cam for driving the piston pump and for generating a pressure build-up in the piston pump is arranged so that it immediately after starting the internal combustion engine, for example by means of a starter, causes a pressure build-up in the piston pump.
Auf diese Weise kann, abhängig vom Druckaufbau beim Motorstart, die richtige Einspritzstrategie gewählt werden, nämlich eine Schichteinspritzung bei ausreichendem Druck und eine Homogeneinspritzung bei zunächst geringerem Druck. Es kann darüber hinaus stets auf eine Schichteinspritzung umgeschaltet werden, sobald ein ausreichender Druck anliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, wobei es in einem Speicher abgelegt ist sowie ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Speicher, auf dem ein Computerprogramm der vorstehenden Art abgespeichert ist.In this way, depending on the pressure buildup at engine start, the correct injection strategy can be selected, namely a stratified injection at sufficient pressure and a homogeneous injection at first lower pressure. In addition, it can always be switched to a stratified injection as soon as a sufficient pressure is applied. Furthermore, the invention relates to a computer program for carrying out the method when it is executed on a computer, wherein it is stored in a memory and a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle with a memory on which a computer program the above type is stored.
Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem Zylinder sowie einem in dem Zylinder bewegbaren Kolben, einer Kurbelwelle zur Übertragung der Motorleistung und einer hiermit gekoppelten Nockenwelle, wobei eine Einrichtung zur Bestimmung der Position der Kurbel- und/oder der Nockenwelle vorgesehen ist, und eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Zylinders, wobei die Einrichtung zum Einspritzen eine Hochdruckkolbenpumpe umfasst zur Durchführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art. Die Brennkraftmaschine kann dabei ein entsprechendes Steuer- und/oder Regelgerät aufweisen. Schließlich kann es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Ottomotor handeln. Darüber hinaus kann eine Einrichtung zum Bestimmen des Drucks in einem Rail vorgesehen sein.Finally, the invention also relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with at least one cylinder and a piston movable in the cylinder, a crankshaft for transmitting the engine power and a camshaft coupled therewith, wherein means for determining the position of the crank and / or the camshaft is provided, and a device for injecting fuel into a combustion chamber of a cylinder, wherein the means for injection comprises a high-pressure piston pump for carrying out the method of the type described above. The internal combustion engine may have a corresponding control and / or regulating device. Finally, the internal combustion engine may be a gasoline engine. In addition, a device for determining the pressure in a rail may be provided.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unterlagen. Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.Further advantages and features of the invention will become apparent from the remaining documents. The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.
Zeichnungendrawings
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In
In einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine
In einer zweiten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine
Im Schichtbetrieb wie auch im Homogenbetrieb wird durch den angetriebenen Kolben
Der Kraftstoff wird im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb unter einem hohen Druck in das Einspritzventil
Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem Einspritzventil
Das Steuergerät
Das Steuergerät erzeugt Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine
Die Linie
Es kann hierbei ersehen werden, dass bei einer günstigen Ausgangslage, wie sie die Linie
Insofern ist vorgesehen, eine entsprechende Auslaufpositionierung der Hochdruckpumpe beim Abstellen bzw. vor dem Starten eines Kraftfahrzeugs mit einer entsprechenden Brennkraftmaschine vorzusehen, um von Anfang an den günstigeren Schichtstart mit Schichteinspritzung durchführen zu können, und so eine Verkürzung der Startzeit sowie eine Verbesserung der Abgaswerte bei gleichzeitig sicherem Start zu erreichen.In this respect, it is provided to provide a corresponding outlet position of the high-pressure pump when stopping or before starting a motor vehicle with a corresponding internal combustion engine to perform from the beginning to the cheaper shift start with stratified injection, and thus a reduction of the starting time and an improvement of exhaust emissions at the same time to achieve a safe start.
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