DE19953513A1 - Method for controlling cylinder compression during the starting phase of an internal combustion engine - Google Patents

Method for controlling cylinder compression during the starting phase of an internal combustion engine

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Abstract

According to the invention, one or more criteria for difficult starting of the engine are verified before fuel is injected into the cylinders (Z1, Z2, Z3, Z4) of an internal combustion engine. When at least one criterion for difficult starting is met, the cylinder compression in at least one cylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) is reduced to a predetermined minimum value until the motor speed (nmot) is increased by a starter (ST) to reach a defined threshold. The cylinder compression is subsequently increased again. According to said method, an internal combustion engine can easily and very reliably be started under difficult starting conditions.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Zylinderverdichtung während der Startphase einer Brennkraftmaschine, welche mit einer Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsenddruckes ausgestattet ist. Aus der DE 197 03 948 C1 und der DE 198 44 200 A1 sind Vorrichtungen bekannt, mit denen die Zylinderverdichtung einer Hubkolben- Brennkraftmaschine verändert werden kann. Ziel ist es, die Zylinderverdichtung an die Betriebszustände der Brennkraftmaschine, insbesondere an die Last, unter der die Maschine läuft, anzupassen. Beispielsweise soll bei niedriger Last die Zylinderdichtung erhöht und bei Vollast verringert werden. Dadurch lassen sich erhebliche Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch erzielen.The present invention relates to a method for control the cylinder compression during the starting phase Internal combustion engine, which with a device for Change the discharge pressure is equipped. Out the DE 197 03 948 C1 and DE 198 44 200 A1 are devices known with which the cylinder compression of a reciprocating Internal combustion engine can be changed. The goal is to Cylinder compression to the operating conditions of the Internal combustion engine, particularly to the load under which the Machine is running, adjust. For example, at low load increases the cylinder seal and at full load be reduced. This can be significant Achieve fuel economy savings.

Bei Brennkraftmaschinen, das betrifft sowohl Ottomotoren als auch Dieselmotoren, sind insbesondere bei Kaltstarts vom Starter sehr hohe Drehmomente aufzubringen. Im Normalfall sind die Fahrzeugbatterie und der Starter so ausgelegt, daß ein Starten der Brennkraftmaschine selbst bei sehr niedrigen Temperaturen problemlos erfolgen kann. Oft kommt es aber durch Alterung und Verschleiß dazu, daß die Batterie eine zu geringe elektrische Ladung aufweist oder der Starter Abnutzungserscheinungen zeigt oder die Reibleistung des Motors durch zähes Motoröl bei extremen Tieftemperaturen sehr hoch ist. Unter diesen Umständen kann das Starten der Brennkraftmaschine sehr erschwert werden oder gar nicht möglich sein. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das selbst bei den aufgeführten Beeinträchtigungen noch ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine ermöglicht.In internal combustion engines, this affects both gasoline engines also diesel engines, especially when cold starts from Starter to apply very high torques. Normally the vehicle battery and the starter are designed so that starting the engine even at very low  Temperatures can be done easily. But often it happens due to aging and wear that the battery is too has low electrical charge or the starter Shows signs of wear or the friction of the Motors through tough engine oil at extreme low temperatures is very high. Under these circumstances, starting the Internal combustion engine can be very difficult or not at all to be possible. The invention is therefore the object is based on a process of the type mentioned at the beginning specify that even with the listed Impairments still a safe start of the Internal combustion engine enables.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß vor dem Einschalten eines Starters der Brennkraftmaschine ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine überprüft werden, daß, wenn mindestens ein Kriterium für ein erschwertes Starten erfüllt ist, die Zylinderverdichtung in mindestens einem Zylinder solange auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert wird, bis die Motordrehzahl bis zu einer definierten Schwelle hochgefahren worden ist, und daß dann die Zylinderverdichtung wieder erhöht wird.This object is achieved with the features of claim 1 solved in that before switching on a starter Internal combustion engine one or more criteria for one difficult starting machine check that if meets at least one criterion for difficult starting is the cylinder compression in at least one cylinder as long as it is reduced to a predetermined minimum value, until the engine speed up to a defined threshold has been started up, and then the Cylinder compression is increased again.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einer Brennkraftmaschine eine vorhandene Vorrichtung zur Änderung des Verdichtungsdrucks benutzt wird, um den Start der Maschine unter erschwerten Bedingungen zu erleichtern, wobei keine zusätzlichen, den Start unterstützende Mittel vorhanden sein müssen. The main advantage of the invention is that at an internal combustion engine an existing device for Change in compression pressure is used to start to facilitate the machine under difficult conditions, with no additional funds to support the start must be present.  

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Danach kann als Kriterium für einen erschwerten Start entweder eine unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegende Motortemperatur oder eine unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegende Batterieladung oder ein unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegendes Drehmoment des Starters oder eine unterhalb einer Schwelle liegende Motordrehzahl während des Startes verwendet werden.Advantageous embodiments of the invention are based on the Sub-claims emerge. After that, as a criterion for one difficult start either one below a given Threshold engine temperature or one below predetermined threshold battery charge or a torque below a predetermined threshold of the starter or one below a threshold Engine speed can be used during startup.

Vorzugsweise besteht die Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsdrucks aus einer variablen Ventilsteuerung, mit der die Öffnungszeiten der Einlaß- und/oder Auslaßventile variabel gesteuert werden können. Es ist zweckmäßig, während der Verdichtungsphase mindestens ein Auslaßventil partiell zu öffnen und während der Einlaßphase mindestens ein Einlaßventil vorzeitig zu schließen.Preferably, the device for changing the Compression pressure from a variable valve control, with the opening times of the intake and / or exhaust valves can be variably controlled. It is convenient while the compression phase at least one exhaust valve partially open and at least one during the intake phase Close inlet valve prematurely.

Zeichnungdrawing

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Using one shown in the drawing The invention is described in more detail below explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Zylinderverdichtung und Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with variable cylinder compression and

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung der variablen Zylinderverdichtung während der Startphase. Fig. 2 is a flow chart for controlling the variable cylinder compression during the start phase.

Beschreibung eines AusführungsbeispielsDescription of an embodiment

In der Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine mit z. B. vier Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 dargestellt. In den Zylindern befinden sich Kolben K1, K2, K3, K4, die über Pleuel P1, P2, P3, P4 mit einer Kurbelwelle KW verbunden sind. Jeder Pleuel P1. P2, P3, P4 ist mit einem Stellglied VS1, VS2, VS3, VS4 versehen, das es ermöglicht, die wirksame Länge des jeweiligen Pleuels P1, P2, P3, P4 zu verändern. Auf diese Weise ist es möglich, den oberen bzw. unteren Totpunkt des mit dem Pleuel verbundenen Kolbens K1, K2, K3, K4 zu verändern und dementsprechend die Verdichtung in jedem Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4 variabel zu gestalten. Aus der DE 197 03 948 C1 und der DE 198 44 200 A1 sind Stellvorrichtungen bekannt, mit denen die wirksame Länge der Pleuel zur Erzielung einer gewünschten Zylinderverdichtung verstellt werden kann. Weil diese Stellglieder nicht Gegenstand der Erfindung sind, sondern gemäß dem Stand der Technik ausgeführt werden können, wird hier von einer detaillierten Beschreibung abgesehen.In Fig. 1, an internal combustion engine with z. B. four cylinders Z1, Z2, Z3 and Z4 are shown. Pistons K1, K2, K3, K4 are located in the cylinders and are connected to a crankshaft KW via connecting rods P1, P2, P3, P4. Each connecting rod P1. P2, P3, P4 is provided with an actuator VS1, VS2, VS3, VS4, which makes it possible to change the effective length of the respective connecting rod P1, P2, P3, P4. In this way it is possible to change the top and bottom dead center of the piston K1, K2, K3, K4 connected to the connecting rod and accordingly to make the compression in each cylinder Z1, Z2, Z3, Z4 variable. From DE 197 03 948 C1 and DE 198 44 200 A1 adjusting devices are known with which the effective length of the connecting rods can be adjusted to achieve a desired cylinder compression. Because these actuators are not the subject of the invention but can be implemented in accordance with the prior art, a detailed description is omitted here.

Die Kurbelwelle KW ist in bekannter Weise mit einem Starter ST kraftschlüssig gekoppelt, der seine für den Start der Brennkraftmaschine erforderliche elektrische Energie aus der Fahrzeugbatterie BAT erhält. Desweiteren sind, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ein Temperatursensor TS, der die Motortemperatur tmot erfaßt, ein Drehzahlsensor NS, der an der Kurbelwelle KW die Motordrehzahl nmot mißt, und ein Drehmomentensensor DS vorhanden, der das vom Startet ST aufgebrachte Drehmoment stmm erfaßt. Die Ausgangssignale tmot, nmot und stmm der genannten Sensoren TS, NS und DS werden einem Steuergerät SG als Eingangssignale zugeführt. Außerdem erfaßt das Steuergerät SG den Zustand der Ladung batld der Fahrzeugbatterie BAT. Vom Steuergerät SG erhalten die Stellglieder VS1, VS2, VS3, VS4 über strichliert gezeichnete Steuerleitungen ihrer Steuersignale zur Einstellung der Verdichtungen in den einzelnen Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4.The crankshaft KW is non-positively coupled in a known manner to a starter ST which receives its electrical energy required for starting the internal combustion engine from the vehicle battery BAT. Furthermore, as can be seen in FIG. 1, a temperature sensor TS which detects the engine temperature tmot, a speed sensor NS which measures the engine speed nmot on the crankshaft KW, and a torque sensor DS which provides the torque stmm applied by the starter ST detected. The output signals tmot, nmot and stmm of the sensors TS, NS and DS mentioned are fed to a control unit SG as input signals. In addition, the control unit SG detects the state of charge batld of the vehicle battery BAT. The control units SG1, VS2, VS3, VS4 receive control elements via dashed control lines of their control signals for setting the compressions in the individual cylinders Z1, Z2, Z3 and Z4.

Bei der hier beschriebenen Erfindung geht es speziell um die Steuerung der Zylinderverdichtung während der Startphase der Brennkraftmaschine, wobei der Start gerade in kritischen Situationen - z. B. bei sehr niedriger Motortemperatur, geringer Batterieladung, Verschleiß des Starters - zuverlässig erfolgen soll. Wie nun das Steuergerät SG die Zylinderverdichtungen steuert, wird anhand des in der Fig. 2 dargestellten Ablaufdiagramms beschrieben. Zunächst erfolgen gemäß den Verfahrensschritten 1, 2, 3 und 4 Schwellwertvergleiche der gemessenen Motortemperatur tmot, des Drehmoments stnn des Starters, der Batterieladung batld und der Motordrehzahl nmot während der Startphase. Zum einen wird überprüft, ob die Motortemperatur tmot unterhalb einer Schwelle St, welche einer sehr niedrigen Temperatur entspricht, bei der die Reibleistung des Motors, z. B. aufgrund eines zähen Motoröls extrem hoch ist und damit den Start der Brennkraftmaschine erschwert. Desweiteren wird abgefragt, ob das vom Starter ST gelieferte Drehmoment stmm unterhalb einer Schwelle Sm liegt. Ein Drehmoment stmm des Starters ST, das geringer als diese Schwelle Sm ist, reicht nicht aus, die Brennkraftmaschine auf Anhieb, bzw. ohne mehrfache Startversuche, zu starten. Das gleiche trifft zu, wenn die Batterieladung batld unterhalb einer Schwelle Sl liegt oder wenn die Motordrehzahl nmot (oder die Starterdrehzahl) während des Startereingriffs zu gering ist, also unterhalb einer Schwelle Ss liegt. Die aufgeführten Schwellen St, Sm, S1 und Ss sind empirisch ermittelte motorspezifische Schwellwerte. In einer ODER-Entscheidung 5 wird abgefragt, ob eine, mehrere oder auch alle der aufgeführten Schwellwertentscheidungen 1, 2, 3, 4 erfüllt sind oder nicht.The invention described here deals specifically with the control of the cylinder compression during the starting phase of the internal combustion engine, with the start especially in critical situations - e.g. B. at very low engine temperature, low battery, wear of the starter - should be done reliably. How the control unit SG controls the cylinder compression is described with the aid of the flow chart shown in FIG. 2. First, according to method steps 1 , 2 , 3 and 4, threshold value comparisons of the measured engine temperature tmot, the torque stnn of the starter, the battery charge batld and the engine speed nmot take place during the starting phase. On the one hand, it is checked whether the engine temperature tmot is below a threshold St, which corresponds to a very low temperature at which the friction power of the engine, e.g. B. is extremely high due to a viscous engine oil, making it difficult to start the internal combustion engine. Furthermore, it is queried whether the torque stmm supplied by the starter STmm is below a threshold Sm. A torque stmm of the starter ST, which is lower than this threshold Sm, is not sufficient to start the internal combustion engine straight away or without multiple attempts to start it. The same applies if the battery charge batld is below a threshold S1 or if the engine speed nmot (or the starter speed) is too low during the starter intervention, that is to say below a threshold Ss. The listed thresholds St, Sm, S1 and Ss are empirically determined engine-specific threshold values. An OR decision 5 asks whether one, several or all of the threshold value decisions 1 , 2 , 3 , 4 listed are fulfilled or not.

Falls nach der ODER-Entscheidung 5 ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine erfüllt sind, wird im Verfahrensschritt 6 in ein oder mehreren Zylindern die Verdichtung auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert. Die Reduzierung der Zylinderverdichtung hat zur Folge, daß um die ersten Umdrehungen des Motors einzuleiten, ein erheblich geringeres Spitzen-Drehmoment erforderlich ist, als wenn die üblichen Verdichtungen bzw. Verdichtungsenddrücke vorherrschen.After the decision OR 5, one or more criteria for a difficulty in starting the engine are satisfied, the compression is reduced to a predetermined minimum value in step 6 in one or more cylinders. The reduction in cylinder compression means that a significantly lower peak torque is required to initiate the first revolutions of the engine than when the usual compression or compression final pressure prevails.

Die reduzierte Zylinderverdichtung wird solange aufrechterhalten, bis der Starter die Motordrehzahl nmot bis zu einer definierten Schwelle hochgefahren hat. Entsprechend erfolgt im Verfahrensschritt 7 ein Vergleich der gemessenen aktuellen Motordrehzahl nmot mit einer vorgegebenen Schwelle Sn. Ist die Drehzahlschwelle Sn erreicht, so wird im Verfahrensschritt 8 die Zylinderverdichtung auf einen Wert erhöht, der für den aktuellen Betriebspunkt optimal ist. Hat erst einmal die Maschine eine gewisse oberhalb der Schwelle Sn liegende Drehzahl nmot erreicht, so braucht aufgrund der Massenträgheit des Kurbeltriebes und des Schwungrades der Starter nicht mehr so ein hohes Spitzen-Drehmoment wie bei den ersten Umdrehungen der Maschine aufzubringen, und deshalb kann die Zylinderverdichtung auch wieder erhöht werden.The reduced cylinder compression is maintained until the starter has increased the engine speed nmot to a defined threshold. Correspondingly, in method step 7, the measured current engine speed nmot is compared with a predetermined threshold Sn. If the speed threshold Sn is reached, the cylinder compression is increased in step 8 to a value that is optimal for the current operating point. Once the engine has reached a certain speed nmot above the threshold Sn, due to the inertia of the crank mechanism and the flywheel, the starter no longer needs to apply as high a peak torque as during the first revolutions of the engine, and therefore the cylinder compression can can also be increased again.

Fall ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine gegeben sind, ist es zweckmäßig eine Kontrolleuchte mit Servicehinweis im Fahrzeug einzuschalten.Case one or more criteria for a difficult start given the machine, it is advisable Turn on the warning light with service instruction in the vehicle.

Zur Verbesserung des Startverhaltens kann neben der beschriebenen Reduzierung der Zylinderverdichtung auch ein Auslaßventil während der Verdichtungsphase partiell geöffnet bzw. ein Einlaßventil während der Einlaßphase vorzeitig (deutlich vor dem unteren Totpunkt) geschlossen werden. Hierdurch wird nämlich die Verdichtung und damit das anfängliche Drehmoment reduziert.In addition to the described reduction in cylinder compression Exhaust valve partially opened during the compression phase or an intake valve prematurely during the intake phase (well before bottom dead center). This is because the compression and thus that reduced initial torque.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern der Zylinderverdichtung während der Startphase einer Brennkraftmaschine, welche mit einer Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsenddruckes ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einschalten eines Starters (ST) der Brennkraftmaschine ein oder mehrere Kriterien (1, 2, 3) für ein erschwertes Starten der Maschine überprüft werden, daß, wenn mindestens ein Kriterium (1, 2, 3) für ein erschwertes Starten erfüllt ist, die Zylinderverdichtung in mindestens einem Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) solange auf einen vorgegebenen Minimalwert (6) reduziert wird, bis die Motordrehzahl (nmot) bis zu einer definierten Schwelle (Sn) hochgefahren worden ist, und daß dann die Zylinderverdichtung erhöht (8) wird.1. A method for controlling the cylinder compression during the starting phase of an internal combustion engine, which is equipped with a device for changing the compression end pressure, characterized in that one or more criteria ( 1 , 2 , 3 ) for. Before switching on a starter (ST) of the internal combustion engine If the machine is difficult to start, it is checked that if at least one criterion ( 1 , 2 , 3 ) for difficult starting is fulfilled, the cylinder compression in at least one cylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) remains at a predetermined minimum value ( 6 ) is reduced until the engine speed (nmot) has been ramped up to a defined threshold (Sn), and then the cylinder compression is increased ( 8 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsenddrucks aus einer variablen Ventilsteuerung (VS1, VS2, VS3, VS4) besteht, mit der die Öffnungszeiten der Einlaß- und/oder Auslaßventile variabel gesteuert werden können.2. The method according to claim 1, characterized in that the device for changing the discharge pressure a variable valve control (VS1, VS2, VS3, VS4) with which the opening hours of the inlet and / or Exhaust valves can be variably controlled. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium (1) für einen erschwerten Start eine unterhalb einer vorgegebenen Schwelle (St) liegende Motortemperatur (tmot) verwendet wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that as a criterion ( 1 ) for a difficult start a below a predetermined threshold (St) engine temperature (tmot) is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium (2) für einen erschwerten Start eine unterhalb einer vorgegebenen Schwelle (S1) liegende Batterieladung (batld) verwendet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that a battery charge (batld) lying below a predetermined threshold (S1) is used as the criterion ( 2 ) for a difficult start. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium (3) für einen erschwerten Start ein unterhalb einer vorgegebenen Schwelle (Sm) liegendes Drehmoment (stmm) des Starters (ST) verwendet wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that as a criterion ( 3 ) for a difficult start below a predetermined threshold (Sm) torque (stmm) of the starter (ST) is used. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium (4) für einen erschwerten Start eine unterhalb einer vorgegebenen Schwelle (Ss) liegende Motordrehzahl (nmot) verwendet wird.6. The method according to claim 1, characterized in that a motor speed (nmot) lying below a predetermined threshold (Ss) is used as the criterion ( 4 ) for a difficult start. 7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Auslaßventil während der Verdichtungsphase partiell geöffnet und mindestens ein Einlaßventil während der Einlaßphase vorzeitig geschlossen wird.7. The method according to claim 3, characterized in that at least one exhaust valve during the compression phase partially opened and at least one inlet valve during the intake phase is closed prematurely.
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