DE19808472A1 - Method for starting a motor vehicle engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugverbrennungs motors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method for starting a motor vehicle combustion motors with the features of the preamble of claim 1.
Das Starten des Verbrennungsmotors erfordert relativ viel Aufwand durch einen schwergewichtigen Starter und vor allen Dingen eine sehr hohe Stromstärke, die um ein Vielfaches größer ist als bei normaler Fahrt. Daher ist die Batterie eine Kompromißlösung für beide Belastungsfälle.Starting the internal combustion engine requires a relatively large amount of effort by one heavyweight starter and above all a very high current, which is many times larger than with normal driving. Therefore, the battery is one Compromise solution for both load cases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum Motorstart aufzuzeigen, das mit einer sehr viel geringeren Stromstärke auskommt.The invention is based on the object of a method for starting the engine to show that it needs a much lower current.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Die Unteransprüche beinhalten Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The sub-claims contain further developments and advantageous refinements the invention.
Zum Starten werden sehr hohe Stromstärken, bei Otto-Motoren in der Gegend um 500 A, bei Dieselmotoren fast das Zweifache benötigt. Dies bedeutet, daß in der Bat terie entsprechende niederohmige Zellenstrukturen und entsprechende Technologien verwendet werden müssen. Während der Fahrt ist die Batterie mit erheblich geringeren Stromstärken belastet, die im wesentlichen nur durch den Ladestrom des Generators bestimmt sind; dieser bewegt sich in der Gegend kleiner 20 A. Bei Generatorausfall bewegt sich der Batteriestrom in der Gegend um 50 A für den Normalfahrbetrieb. Das heißt die Batterie muß für den Startfall hinsichtlich der Stromstärke um Faktor 10 stärker ausgelegt werden. Nicht zu vernachlässigen ist auch das Startkabel, das heißt die elektrische Verbindung Batterie zum Starter, welches in der Regel 1 kg wiegt. Der Starter ist in seinem Leistungsverhalten im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt, nämlich erstens die Überwindung der Reibung und der Zylinder kompression, darüber hinaus bei bisherigen Saugrohr-Einspritzsystemen durch eine bestimmte Ansauggeschwindigkeit, damit der eingespritzte Treibstoff sich genügend gut mit Luft vermischen kann.To start, very high amperages are around in Otto engines 500 A, almost twice as much required for diesel engines. This means that in Bat corresponding low-resistance cell structures and corresponding Technologies must be used. The battery is with while driving significantly lower currents, which are essentially only affected by the Charging current of the generator are determined; this moves smaller in the area 20 A. If the generator fails, the battery current in the area is around 50 A for normal driving. That means the battery must be ready for the start Current strength can be designed to be 10 times stronger. Not to be neglected also the start cable, i.e. the electrical connection between the battery and the starter, which usually Weighs 1 kg. The starter's performance is essentially two Factors determined, namely firstly the overcoming of the friction and the cylinder compression, moreover with previous intake manifold injection systems through a certain suction speed so that the injected fuel is sufficient can mix well with air.
Mit Einführung der Direkteinspritzung und vorzugsweise auch der elektromagneti schen Ventilsteuerung ergeben sich neue Möglichkeiten in der Dimensionierung des Starters. Bei der Erfindung ist es möglich die Kurbelwelle mit relativ kleiner Ge schwindigkeit zu drehen und dabei den ersten Zylinder so zu komprimieren, daß er in der oberen Totpunktstellung stillgesetzt wird, und später nach einer weiteren klei nen Verdrehung gezündet wird. Zur Reduzierung der Antriebsleistung ist es vorteil haft nur mit Teilfüllung, das heißt geringerem Kompressionsdruck den ersten Zylinder zu starten. Es empfiehlt sich dies auch in den nachfolgenden Zylindern zu tun, bis eine genügend hohe Anlaufdrehzahl erreicht ist. Diese Teilfüllung ist besonders mit elektromagnetischer Ventilsteuerung leicht zu erreichen. Zur Reduzierung der Antriebsleistung bietet sich an, bereits beim Annähern an das Fahrzeug, z. B. durch Aktivierung der Fernbedienung oder Öffnen der Türe die Kurbelwelle zu drehen, damit ein Zylinder genügend Kompression hat. Die Drehung erfolgt bis zum oberen Totpunkt, da hier weder Rück- noch Vortrieb erfolgt. Wird dann der Zündstartschalter betätigt, so erfolgt dann eine weitere kleine Verdrehung, dann die Einspritzung in den Zylinder und die Zündung, was ein Starten des Motors zur Folge hat. Bei kurzzeitigem Motorabstellen kann bereits ein Zylinder unter Kompression gehalten werden.With the introduction of direct injection and preferably also electromagnetic valve control, there are new possibilities in the dimensioning of the Starters. In the invention, it is possible for the crankshaft to have a relatively small Ge turn speed while compressing the first cylinder so that it is stopped in the top dead center position, and later after another small a twist is ignited. It is advantageous to reduce the drive power only with partial filling, i.e. lower compression pressure the first Start cylinder. This is also recommended in the following cylinders do until a sufficiently high starting speed is reached. This partial filling is Easy to reach especially with electromagnetic valve control. For Reduction of the drive power lends itself, already when approaching that Vehicle, e.g. B. by activating the remote control or opening the door Turn the crankshaft so that a cylinder has enough compression. The rotation takes place up to the top dead center since there is neither backing nor propulsion. Becomes then the ignition switch is actuated, there is another small twist, then the injection into the cylinder and the ignition, what an engine start has the consequence. If the engine is switched off briefly, one cylinder may already be under Compression are kept.
Bei Anwendung einer elektromagnetischen Ventilsteuerung, bei der nach beliebigem Schließen der Ventile die Kompressionsphase eingeleitet wird, kann auch ein Zylinder beim Abstellen des Motors oder beim Türöffnen in Startbereitschaft in einem Winkel vor OT gebracht werden, der gerade ausreichend ist, um bei Weiterdrehung der Kurbelwelle für die Zündung ausreichend Kompressionsdruck zu schaffen.When using an electromagnetic valve control, according to any Closing the valves the compression phase is initiated can also be a Cylinder when the engine is switched off or when the door is ready to start in be brought to an angle in front of OT that is just sufficient to Continued rotation of the crankshaft for the ignition sufficient compression pressure create.
Weiterhin bietet sich bei elektromagnetischer Ventilsteuerung an, die Schwungenergie des Motors nach dem Abstellen des Motors zu nutzen und zwar durch Freischalten der Elektromagnetventile. Damit muß keine Kompressionsarbeit geleistet werden. Der Generator kann die Schwungenergie voll zur Batterieladung verwenden.Furthermore, with electromagnetic valve control, the To use the engine's vibrational energy after switching off the engine by unlocking the solenoid valves. So there is no compression work be performed. The generator can fully use the swing energy to charge the battery use.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ver fahrens erläutert.Exemplary embodiments of the invention according to the invention are shown in the drawing driving explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Motor in Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 1 shows a motor in principle diagram for explaining the invention,
Fig. 2 bis 5 verschiedene benutzbare Antriebe, Figures 2 to 5 different usable drives.,
Fig. 6 und 7 Diagramme zur Funktionserläuterung. FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining function.
In der Fig. 1 werden die wesentlichen Komponenten und Wirkstrecken gezeigt. Der Motor 3 weist Einspritzventile 4, eine Batterie 1, einen Generator 2, elektromagneti sche Aktuatoren 5 für die elektromagnetische Ventilsteuerung, Zündkerzen 6, eine Kupplung 7 und eine elektrische Steuereinheit 8 auf. Eingangsignale von einem Tür schalter einer Fernbedienung 10 und von einem Zündstartschalter 11 werden der Steuereinheit zugeleitet. Beim Annähern an das Fahrzeug erfolgt die Aktivierung der Fernbedienung 10. Das entsprechende drahtlose Signal gelangt zur elektronischen Steuereinheit oder bei vernetztem Fahrzeug über den entsprechenden Busknoten und den Datenbus zur Motorsteuereinheit. Redundant hierzu oder ohne Fernbedie nung wirkt der Türschalter 9 zur Vorsteuerung des Antriebes. Hierbei wird der Antrieb in Form des Generators 2, der auch als Motor geschaltet werden kann, in Gang gesetzt, welcher die Kurbelwelle soweit verdreht, bis ein Kolben in Startbereitschaft die Stellung vor OT oder "oberer Totpunkt" erreicht hat. Später erfolgt die Einspritzung und die Zündung über den Zündstartschalter 11, nach dem vorher eine kleine Verdrehung aus der Startstellung erfolgt war. Sollte, was ungewöhnlich ist, eine längere Pause zwischen Türöffnung und Zündstartschalter erfolgen, so muß gegebenenfalls der Antrieb den nachfolgenden Zylinder in die Kompressionsphase bringen, weil mittlerweile sich die Kompression abgebaut hat. Damit der Fahrer nicht irritiert wird, kann dieser Vorgang im Display, z. B. des Kombiinstrumentes angezeigt werden. Es kann aber auch nach einer gewissen Zeit wieder ein Zylinder durch langsame Verdrehung in entsprechende Startbereitschaft gebracht werden. Bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe muß über ein elektrisches Stellglied der Motor beim Starten und beim Antrieb mittels der Kupplung 7 ausgekuppelt werden. Da bereits viele Fahrzeuge mit einer elektrischen Kupplung aus Komfortgründen ausgerüstet werden, ist dies kein Hindernisgrund für die Einführung des Systems. Die elektrische Kupplung hat neben Komfortvorteilen auch Sicherheitsvorteile, weil damit gewährleistet ist, daß beim Startvorgang der Motor immer ausgekuppelt wird und das Fahrzeug sich nicht in Bewegung setzen kann. Bei Automatikgetriebe ist dies nicht notwendig. Die Stellung der Kurbelwelle oder der Kolben wird über einen Kurbelwellenstellungssensor 12 erfaßt.The essential components and effective distances are shown in FIG. 1. The engine 3 has injection valves 4 , a battery 1 , a generator 2 , electromagnetic actuators 5 for electromagnetic valve control, spark plugs 6 , a clutch 7 and an electrical control unit 8 . Input signals from a door switch of a remote control 10 and from an ignition switch 11 are fed to the control unit. When approaching the vehicle, the remote control 10 is activated. The corresponding wireless signal is sent to the electronic control unit or, in the case of a networked vehicle, to the engine control unit via the corresponding bus node and the data bus. The door switch 9 for pilot control of the drive acts redundantly to this or without remote control. Here, the drive in the form of the generator 2 , which can also be switched as a motor, is started, which rotates the crankshaft until a piston, ready to start, has reached the position before TDC or "top dead center". The injection and the ignition later take place via the ignition start switch 11 , after which a small rotation from the starting position had previously taken place. If, which is unusual, there is a longer pause between the door opening and the ignition switch, the drive may have to bring the following cylinder into the compression phase, because the compression has now decreased. So that the driver is not irritated, this process can be shown on the display, e.g. B. the instrument cluster. However, after a certain time, a cylinder can be brought into the ready position by slow rotation. In vehicles with manual transmission, the engine must be disengaged via an electric actuator when starting and when driving by means of clutch 7 . Since many vehicles are already equipped with an electric clutch for reasons of comfort, this is not an obstacle to the introduction of the system. In addition to comfort advantages, the electric clutch also has safety advantages, because it ensures that the engine is always disengaged during the starting process and the vehicle cannot move. This is not necessary for automatic transmissions. The position of the crankshaft or the pistons is detected via a crankshaft position sensor 12 .
Der Kurbelwellenstellungssensor 12 gibt der elektrischen Steuereinheit die Informa tion über die Kolbenstellung, damit der Startvorgang sich auf den richtigen Kolben bezieht. Hierzu ist es notwendig, daß im Steuergerät beim Abstellen des Motors die Stellung der Kolben, das heißt die Zündfolge abgespeichert wird.The crankshaft position sensor 12 gives the electrical control unit the information about the piston position so that the starting process relates to the correct piston. For this it is necessary that the position of the pistons, that is the firing order, is stored in the control unit when the engine is switched off.
Als Alternative hierzu oder auch als Ergänzung kann zumindest ein Kolbenstellungs geber 13 verwendet werden. Dieser ist vorzugsweise am Kurbeltrieb angebracht.As an alternative to this or as a supplement, at least one piston position sensor 13 can be used. This is preferably attached to the crank mechanism.
In Fig. 1 ist zugrunde gelegt, daß der Generator 2 auch als Starter wirken kann, mit relativ geringer Leistung. Die Antriebsleistung wird ungefähr 1/10 der normalen Starterleistung sein; damit kann der Antriebsmotor relativ klein mit 100 bis 200 W Leistung ausgelegt werden.In Fig. 1 is based on that the generator 2 may also act as starters, with relatively low power. The drive power will be approximately 1/10 of the normal starter power; This means that the drive motor can be designed to be relatively small with a power of 100 to 200 W.
In der Fig. 2 wird in über eine Kupplung 20 der Antrieb in Form eines Elektromotors 21 eingeschaltet. Es kann eine Fliegkraftkupplung oder vorzugsweise eine elektrische Kupplung verwendet werden. Ein kräftiges Untersetzungsgetriebe 23 ist dem Elektromotor nachgeschaltet, der den Generator 23 antreibt. In FIG. 2, the drive is switched on in the form of an electric motor 21 via a clutch 20 in. A flying clutch or preferably an electric clutch can be used. A powerful reduction gear 23 is connected downstream of the electric motor that drives the generator 23 .
Fig. 3 zeigt einen sogenannten Kurbelwellenstarter-Generator 30, dessen Rotor zu gleich mit der Kupplung 31 kombiniert ist. Die gewünschte reduzierte Antriebsleistung ist auch durch den Kurbelwellenstarter-Generator 30 kostengünstig zu lösen. Beim herkömmlichen Starter reduzieren eine sehr große Übersetzung vom Schwungrad zum Anlasserritzel und zusätzlich ein Untersetzungsgetriebe im Starter das notwendige Drehmoment des Startens. Trotz dieses Übersetzungsverhältnisses sind, wie oben erwähnt, die Stromstärken sehr hoch. Durch das fehlende Übersetzungsverhältnis ist dies beim Kurbelwellenstarter, bei der nach dem Vorschlag reduzierten Antriebsleistung, kein Problem. Fig. 3 shows a so-called crankshaft starter generator 30, the rotor is combined to coincide with the clutch 31. The desired reduced drive power can also be solved inexpensively by the crankshaft starter generator 30 . With conventional starters, a very large ratio from the flywheel to the starter pinion and a reduction gear in the starter reduce the torque required for starting. Despite this transformation ratio, as mentioned above, the currents are very high. Due to the missing gear ratio, this is not a problem with the crankshaft starter, with the drive power reduced according to the proposal.
Fig. 4 zeigt ein Schrittschaltwerk, dessen Zahnscheibe mit dem Schwungrad verbun den ist. Diese Lösung mit der Kupplung kombiniert, kann aber auch mit einem Kur belwellengenerator gemäß Fig. 3 kombiniert sein. Die Trennung des Antriebes vom Generator macht die konstruktive Lösung einfacher und der Generator kann voll auf die Spannungserzeugung optimiert werden. Fig. 4 shows a step-by-step mechanism, the toothed disk of which is connected to the flywheel. This solution combined with the clutch, but can also be combined with a Kur belwellengenerator according to FIG. 3. The separation of the drive from the generator makes the design solution easier and the generator can be fully optimized for voltage generation.
Fig. 5 zeigt das Schrittschaltwerk. Zu Beginn der Ankerhubbewegung wird ein Ent riegelungsmagnet 50 aktiviert, so daß die Sperrklinke 51 in Eingriff kommt. Nachfolgend wird ein Zugmagnet 52 erregt, welcher den Ankerhebel 53 so weit bewegt, daß ein Schritt weiter geschaltet wird. Diese Lösung ist besonders einfach, da der große Hebelarm des Schwungrades als Zahnscheibe 54 ausgenützt wird und damit die Magnetkräfte relativ gering sein können. Fig. 5 shows the stepping mechanism. At the beginning of the armature stroke movement, an unlocking magnet 50 is activated so that the pawl 51 comes into engagement. Subsequently, a pull magnet 52 is excited, which moves the armature lever 53 so far that one step is shifted further. This solution is particularly simple since the large lever arm of the flywheel is used as a toothed disc 54 and the magnetic forces can therefore be relatively low.
Fig. 6 zeigt in einer zeitlichen Druckverlaufdarstellung einen Kompressionsvorgang. Die gestrichelte Kurve zeigt die Kompressionskurve bei voller Füllung, die nicht unbedingt notwendig ist. Insbesondere bei Verwendung der elektromagnetischen Ventilsteuerung kann zur Reduzierung des Antriebsmomentes nur eine Teilfüllung verwendet werden (ausgezogene Kurve). Befindet sich der Kolben geringfügig nach dem oberen Totpunkt, so erfolgt über die Motorsteuerung die Einspritzung und die Zündung und damit wird der Startvorgang in Gang gesetzt, was sich durch einen kräftigen Druckanstieg zeigt. Wie bereits beschrieben wird im Normalfall der Kolben im Punkt 60a vor OT oder im oberen Totpunkt 60 stillgesetzt, bis dann über den Zündstartschalter der Start eingeleitet wird. Hierbei erfolgt dann nach Punkt 60a oder 60 eine Weiterdrehung der Kurbelwelle und im Punkt 61 nach OT die Zündung und Einspritzung. Im nachfolgenden Zylinder wird vorzugsweise ebenso nur eine Teilfüllung verwendet, damit die Drehzahlschwankungen beim Starten geringer sind (Kurve 63). Fig. 6 shows a compression process in a pressure curve over time representation. The dashed curve shows the compression curve with full filling, which is not absolutely necessary. In particular when using the electromagnetic valve control, only a partial charge can be used to reduce the drive torque (solid curve). If the piston is slightly past the top dead center, the engine control is used to inject and ignite and thus start the engine, which is shown by a sharp increase in pressure. As already described, the piston is normally stopped at point 60 a before TDC or at top dead center 60 until the start is then initiated via the ignition switch. Here, after 60 a or 60, the crankshaft continues to rotate and in 61 after OT the ignition and injection. Only a partial charge is preferably also used in the following cylinder, so that the speed fluctuations when starting are less (curve 63 ).
Fig. 7 zeigt eine Aufzeichnung des zeitlichen Druck- und Drehzahlverlaufs bei Abstellen des Motors. Hier wird der möglicherweise kurzzeitig danach erfolgte Neustart dadurch vorbereitet, daß unter Ausnützung von Steueralgorithmen und insbesondere unter Verwendung der elektromagnetischen Ventilsteuerung, der Motorauslauf so gesteuert wird, daß am Ende des Auslaufs ein Zylinder bereits in Kompression ist. Gegebenenfalls kann durch Einschalten des Antriebes der nicht präzise Motorauslauf vor OT oder in die OT-Stellung (70) korrigiert werden. Soll dann kurzzeitig danach ein Neustart, z. B. bei einer Ampel erfolgen, ist der Motor sofort startbereit. Die Einspritzung und Zündung erfolgt dann zum Zeitpunkt 71 mit dem anschließenden Druckanstieg und Drehzahländerung. Fig. 7 shows a recording of the temporal pressure and speed curve when the engine is switched off. The restart, which may have taken place shortly thereafter, is prepared here by using control algorithms and in particular using electromagnetic valve control to control the engine stop such that a cylinder is already in compression at the end of the stop. If necessary, the imprecise motor stopping before TDC or into TDC position ( 70 ) can be corrected by switching on the drive. Then a short restart afterwards, e.g. B. at a traffic light, the engine is immediately ready to start. The injection and ignition then take place at time 71 with the subsequent pressure increase and speed change.
Wenn das Fahrzeug z. B. bei Verkehrsstau länger mit abgeschaltetem Motor steht, wird die durch den Auslauf aufgebaute Kompression wieder absinken und zum Motorstart nicht ausreichen. Hier muß bei erfolglosem Motorstartbefehl der Antrieb den Motor weiter verdrehen, bis im nächsten Zylinder Kompression aufgebaut ist und der Start erfolgen kann. Dies gilt allgemein: Wenn ein Startversuch erfolglos ist, muß durch den Antrieb eine Verstellung des Motors auf eine Stellung erfolgen, bei der ein anderer Zylinder Kompression aufweist und über diesen gestartet werden kann. Es kann aber nach einer gewissen Zeit des Abstellens vorsorglich ein Zylinder wieder in die beschriebene Startposition gebracht werden.If the vehicle z. B. stands longer with the engine switched off in traffic jams, the compression built up by the outlet will decrease again and Not enough engine start. If the engine start command is unsuccessful, the drive must be here turn the engine until compression is built up in the next cylinder and the start can take place. This applies in general: If a start attempt is unsuccessful, must the drive adjusts the motor to a position in which a other cylinder has compression and can be started via this. It can, however, as a precaution, put a cylinder back in after a certain period of parking the described starting position are brought.
Wie bereits erwähnt kann die Schwungenergie beim Abstellen des Motors dadurch genutzt werden, daß die elektromagnetischen Aktuatoren der Ventilsteuerung, diese freischalten, so daß keine Kompressionsarbeit mehr geleistet werden muß. Damit wird der Generator angetrieben und über den erzeugten Strom die Energie in die Batterie zurückgeführt. Die Ausnutzung der Schwungenergie schließt die vorge nannte Steuerung nicht aus, denn die Vorbereitung des nächsten Startvorganges wird erst in der Endphase des Motorauslaufs bewirkt.As already mentioned, the swing energy when turning off the engine be used that the electromagnetic actuators of the valve control, this unlock so that no compression work has to be done. In order to the generator is driven and the energy generated in the Battery returned. The use of the swing energy closes the pre called the controller, because the preparation of the next start process is only effected in the final phase of the engine stopping.
Anstelle des erwähnten Zündstartschalters kann auch ein anderer Befehl, zum Bei spiel über die Fernsteuerung den Motorstart auslösen. Hier erfolgt dann eine konti nuierliche Vorsteuerung ohne Stop über die obere Totpunktstellung hinaus bis zur anschließenden Zündung. Bei Dieselmotoren erfolgt in der Phase der Vorsteuerung die Vorglühung und dann bei kleinem Winkel nach OT die Einspritzung und damit der Motorstart.Instead of the ignition switch mentioned above, another command can be used trigger the engine start via the remote control. There is then an account Nuclear pilot control without a stop beyond the top dead center position up to subsequent ignition. For diesel engines, this takes place in the pilot control phase the preheating and then the injection at a small angle after TDC and thus the engine start.
Claims (18)
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