EP2240683A1 - Verfahren zum starten einer brennkraftmaschine, vorrichtung und steuergerät - Google Patents

Verfahren zum starten einer brennkraftmaschine, vorrichtung und steuergerät

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Publication number
EP2240683A1
EP2240683A1 EP08869263A EP08869263A EP2240683A1 EP 2240683 A1 EP2240683 A1 EP 2240683A1 EP 08869263 A EP08869263 A EP 08869263A EP 08869263 A EP08869263 A EP 08869263A EP 2240683 A1 EP2240683 A1 EP 2240683A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
cylinder
internal combustion
combustion engine
crankshaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08869263A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Belau
Michael Jung
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2240683A1 publication Critical patent/EP2240683A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/005—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F02N99/002—Starting combustion engines by ignition means
    • F02N99/004—Generation of the ignition spark
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N99/002—Starting combustion engines by ignition means
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    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N19/005—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • F02N2019/007—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation using inertial reverse rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N19/005—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • F02N2019/008—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation the engine being stopped in a particular position

Definitions

  • the invention relates to a method for starting an internal combustion engine according to claim 1, a device for starting an internal combustion engine according to claim 11 and a control device according to claim 12.
  • the ignition of the internal combustion engine without the use of a starter is particularly required to bring a motor that is operated with many stop phases without high electrical power to run again.
  • the engines at stop phases, z. B. parked at a traffic light or other breaks and by an operation, eg. As the clutch, the engine is restarted.
  • DE 199 55 857 A1 and DE 100 20 325 A1 disclose corresponding methods for starting an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine is described, in particular for a motor vehicle, which is provided with a cylinder movable and acting on a crankshaft piston.
  • the piston passes through an intake phase, a compression phase, a working phase and an ejection phase.
  • a control device is provided, with which fuel is injected directly into a combustion chamber delimited by the cylinder and the piston in a first mode of operation during a compression phase or in a second mode during an intake phase.
  • the control unit is designed in such a way that ten of the internal combustion engine at standstill of the crankshaft in those cylinders whose piston is in the compression phase, fuel is injected and ignited, so that the crankshaft moves backwards. It may be disadvantageous that a cylinder can not be used for compression and ignition, because combustion residues of a not yet expelled Verbrennungsvorgases are present, so that no combustible mixture is present.
  • the object of the invention is to provide an improved method and an improved device for starting an internal combustion engine with low consumption of electrical power.
  • An advantage of the method is that the piston of the cylinder to be ignited is moved into a defined starting position.
  • a drive is provided, which is in operative connection with the piston.
  • an ignition provided for the cylinder is not carried out. In this way, no exhaust gases are contained in the cylinder.
  • the oxygen content of the filling of the cylinder is higher than after ignition.
  • the piston is moved back from a power stroke in the direction of top dead center.
  • the piston is preferably not moved back beyond the top dead center. In this way, power is saved, since a high compression capacity is not required until beyond the dead center.
  • the lower energy consumption of the starter motor means that a starting voltage drop through the starter is lower. As a result, the electronics can be made simpler in the car.
  • the first piston of the first cylinder is coupled to a second piston of a second cylinder and the first piston is moved back until an inlet valve of the second piston opens and ambient air enters the second piston. In this way it is ensured that the second piston with fresh air, d. H. with air with unburned oxygen, is filled.
  • the movement of the first piston is braked and thus brought the first piston in a desired starting position to a halt.
  • the starting position of the first piston can be defined defined.
  • the first piston in the first cylinder is moved back toward the top dead center, but without opening the exhaust valve of the first cylinder. In this way it is ensured that the gas filling is compressed in the first cylinder.
  • the first piston is braked when turning off the internal combustion engine in an initial position, which is in the power stroke or in the exhaust stroke.
  • the first piston when it is in the power stroke at a standstill, further moved in the engine rotation direction until the exhaust valve opens. Subsequently, the first piston is moved against the direction of engine rotation in the start position. In this way it is achieved that the first cylinder is filled with gas via an outlet channel.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with four cylinders
  • FIG. 2 shows a schematic representation of one of the cylinders and a control unit
  • FIG. 3 shows a first program sequence
  • FIG. 4 shows a schematic representation of part of the working strokes of the first and third cylinders
  • FIG. 5 shows a second program sequence
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 with four cylinders 2, 3, 4, 5 which are in operative connection with a crankshaft 6.
  • the crankshaft 6 is connected via a clutch (not shown) and via a transmission, not shown, to a drive train (not shown), for example a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine which operates on a four-stroke principle.
  • a dual-speed rotating camshaft is used, which is driven by the crankshaft.
  • the No- The gas exchange valve opens the gas exchange valves, which are designed separately for pushing out the exhausted gases and the intake of the fresh gases, against the force of the valve springs.
  • the exhaust valve opens and, in the case of a supercritical pressure ratio, about 50% of the combustion gases leave the combustion chamber during this pres- sure.
  • the piston moving upwards ensures almost complete removal of the combustion gases from the combustion chamber during the exhaust stroke.
  • the inlet valve opens with the exhaust valve still open.
  • the gas exchange OT this position of the crankshaft is called the gas exchange OT, because in this area the otherwise strictly separate inlet and outlet processes overlap.
  • the exhaust valve closes and with the inlet valve open, the downwardly moving piston can suck in fresh air. This second cycle of the gas exchange, the intake stroke, lasts until shortly after bottom dead center.
  • FIG. 1 provides a control unit 7 and a drive 8, in particular an electric motor and / or a motor / generator unit.
  • the drive 8 is connected to the crankshaft 6.
  • the four cylinders 2, 3, 4, 5 are constructed essentially identical and will now be explained with reference to the first cylinder 2.
  • FIG. 2 shows the first cylinder 2 with a first piston 9, which is connected to the crankshaft 6 via a connecting rod 10.
  • an inlet valve 11 and an outlet valve 12 are provided on the first cylinder 2, an inlet valve 11 and an outlet valve 12 are provided.
  • the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are actuated by a camshaft, not shown.
  • the intake valve 11 is arranged in an intake passage through which fresh air is drawn into the first cylinder 2.
  • the exhaust valve 12 is disposed in an exhaust passage through which burned exhaust gases can be discharged into the exhaust passage 14.
  • an ignition device 15 is provided, which projects into the first cylinder 2 and with which a fuel-air mixture can be ignited.
  • an injection valve 16 is provided
  • the drive 8 is shown, which is connected to the control unit 7. With the drive 8, the position of the piston can be adjusted via the crankshaft.
  • the control device 7 is connected to a multiplicity of sensors 17, which detect various operating parameters of the internal combustion engine and / or of the motor vehicle, in particular a crankshaft angle of the crankshaft 6.
  • Values and programs are stored in the data program memory 18, which control device 7 controls the internal combustion engine 1 uses.
  • 18 values are stored in the data / program memory, in which the inlet and / or the outlet valve 11, 12 are opened or closed.
  • data are stored in the data / program memory, which determine at what time an ignition by the ignition device 15 takes place in the cylinder.
  • the control unit 7 is connected to a start / stop switch 19.
  • the start / stop switch 19 is used to tell the control unit 7, whether the internal combustion engine should be started or shut down.
  • the start / stop switch may be in the form of an ignition switch or an on / off switch.
  • FIG. 3 shows an embodiment for carrying out a method for starting the internal combustion engine 1.
  • program point 110 the information to the control unit 7, that the internal combustion engine 1 is to be started.
  • This can for example be effected with the start / stop switch 19 or by actuation of another switch, for example via detection of the actuation of the clutch pedal.
  • the control unit 7, which detects the position of the individual pistons of the cylinders via the sensors 17, selects the cylinder which is in the working stroke. This is done in program item 120.
  • control unit 7 controls the drive 8 in such a way that the selected cylinder is moved back against the direction of movement during normal operation of the internal combustion engine in the direction of top dead center. In this case, the gas in the first cylinder 2 is compressed.
  • the first cylinder is in the idle state of the internal combustion engine in a first position Pl shortly before opening the exhaust valve. Now, the first piston is moved back from the drive 8 in the direction of a second position P2 until shortly before top dead center. If one now assumes that the internal combustion engine 1 has a plurality of cylinders, in particular four cylinders 2, 3, 4, 5, then, for example, the third cylinder is in the compression stroke in a third position P3 in the idle state of the internal combustion engine. When the first piston is moved back to the second position P2, a third piston of the third cylinder is moved back to the fourth position P4. In the fourth position P4, the intake valve of the third cylinder is opened, so that fresh air can flow into the third cylinder.
  • the timing and position of the pistons can be freely selected when moving back within certain limits. For example, the first piston of the first cylinder in the direction of the top dead center but not turned back to above the top dead center.
  • fuel is injected into the first cylinder at a program point 14, and then the fuel is ignited via the ignition device 15.
  • the drive 8 can be carried out significantly weaker compared to a starter, since the drive must turn back a piston of a cylinder only in the direction of top dead center, without having to compress the piston with the top dead center addition air. In this way, compression above top dead center is not required and it is not necessary that a minimum engine speed be achieved and multiple ignition attempts must be made. Thus, the drive 8 is much easier and cheaper to train compared to a normal starter generator.
  • the first position Pl is, for example, 1 ° to 10 ° crankshaft angle before opening the exhaust valve.
  • the second position P2 is, for example, 1 ° to 10 ° crankshaft angle after the top dead center for the ignition.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a program sequence for carrying out a method for starting an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is at a program point 200 in normal operation, ie fuel is injected into the cylinder and ignited.
  • the control unit 7 receives the information that the internal combustion engine 1 is to be switched off.
  • the control unit 7, which detects the positions of the individual pistons of the cylinder, selects a suitable piston.
  • the control unit 7 uses the information of a crankshaft sensor and the information of a camshaft sensor for the corresponding piston. This is done at program point 220.
  • the control unit 7 brakes for example by means of the drive 8 the selected piston, in this example the first piston 9 of the first cylinder 2, in such a way that the first piston 9 after top dead center in the working cycle, ie stops in the first position Pl.
  • the first position Pl is selected in such a way that the first cylinder 2 has the largest possible air charge, ie, that the first piston 1 is in a position in which the exhaust valve of the first cylinder 2 is just not open. In this case, the power stroke is no longer executed, ie it is preferably no longer injected fuel and not ignited.
  • the internal combustion engine now remains until a start request is made.
  • the start request is made at program point 240.
  • the first piston 9 is moved back from the first position Pl counter to the normal engine running direction in the direction of the top dead center OT. Both the intake valve and the exhaust valve of the first cylinder are closed.
  • Fuel is injected before reaching the second position P2, which represents the final value of the back-turned piston with maximum compressed air. The further compression stroke turbulence of the air-fuel mixture is achieved.
  • the air-fuel mixture is ignited.
  • the second position P2 is as in the above example after the top dead center OT, since energy for overcoming the top dead center should be saved.
  • the engine should start in the direction of rotation.
  • the fuel is injected, for example, 10 ° crankshaft angle before reaching the second position P2.
  • the second position P2 can be selected such that the inlet valve of another, in this example the third cylinder is opened and the third cylinder is supplied with fresh air.
  • the deceleration of the internal combustion engine may be performed by means of a starter generator to recover energy, for example to obtain an electrical power.
  • the pistons of the selected cylinder that is first ignited may be further moved by the prime mover 8 in the normal direction of travel until fresh air flows via the exhaust passage 14 into the selected cylinder. Only then is the piston of the selected cylinder counter to the direction of engine rotation in
  • the piston of the selected cylinder can be braked during deceleration so that the exhaust valve of the selected cylinder is already open.
  • the control unit 7 can select a cylinder whose exhaust valve is just opened shortly after the working stroke.
  • an eddy current brake 20 may be used to decelerate the motor to recover electrical energy that is fed to a battery.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, einem Einlass- und einem Auslassventil und mit einem Kolben, der mit einer Kurbelwelle in Wechselwirkung steht und die Kurbelwelle bei einem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine in einer festgelegten Drehrichtung bewegt, wobei sich der Kolben in einer Ausgangsposition befindet, wobei der Kolben mithilfe eines Antriebs entgegen einer normalen Drehrichtung der Kurbelwelle in eine definierte Startposition bewegt wird, wobei Kraftstoff eingespritzt wird und der Kraftstoff gezündet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, Vorrichtung und Steuergerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1, eine Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 11 und ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 12.
Es ist bekannt, eine Brennkraftmaschine ohne den Einsatz eines Starters über die Einspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder, dessen Kolben sich in einer Arbeitsphase befindet, und durch eine Zündung des eingespritzten Kraftstoffes zu starten.
Die Zündung der Brennkraftmaschine ohne den Einsatz eines Starters ist insbesondere erforderlich, um einen Motor, der mit vielen Stoppphasen betrieben wird, ohne hohe elektrische Leistung wieder zum Laufen zu bringen. Beispielsweise werden bei kraftstoffsparenden Motoren die Motoren bei Stoppphasen, z. B. an einer Ampel oder bei sonstigen Fahrtunterbrechungen abgestellt und durch eine Betätigung, z. B. der Kupplung, wird die Brennkraftmaschine wieder gestartet.
Aus DE 199 55 857 Al und aus DE 100 20 325 Al sind entsprechende Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mit einem Zylinder beweg- baren und auf eine Kurbelwelle einwirkenden Kolben versehen ist. Der Kolben durchläuft während des Betriebes der Brennkraftmaschine eine Ansaugphase, eine Verdichtungsphase, eine Arbeitsphase und eine Ausstoßphase. Weiterhin ist ein Steuergerät vorgesehen, mit dem Kraftstoff in einer ersten Be- triebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase direkt in einen von dem Zylinder und dem Kolben begrenzten Brennraum eingespritzt wird. Das Steuergerät ist derart ausgebildet, dass zum Star- ten der Brennkraftmaschine im Stillstand der Kurbelwelle in denjenigen Zylinder, dessen Kolben sich in der Verdichtungsphase befindet, Kraftstoff eingespritzt und entzündet wird, sodass sich die Kurbelwelle rückwärts bewegt. Dabei kann es nachteilig sein, dass ein Zylinder nicht mehr zum Verdichten und Zünden benutzt werden kann, weil Verbrennungsrückstände eines noch nicht ausgestoßenen Verbrennungsvorgases vorliegen, sodass kein brennfähiges Gemisch vorhanden ist.
Zudem dürfte es nachteilig sind, wenn der Motor längere Zeit steht, weil dann der Druck im Kompressionszylinder so weit abgefallen ist, dass eine sichere Zündung nicht erfolgen kann. Wie beim Direktstarten, hängt die Startfähigkeit vom Füllvolumen, dem Stand des Kolbens und auch von der Zeitspan- ne zwischen dem Stopp und dem Start ab. Der Druck im zu zündenden Zylinder bleibt nur für eine kurze Zeit bestehen. Nach einer längeren Pause zwischen Stopp und Start gleicht sich der Druck dem Umgebungsdruck an. Das Restvolumen kann nun einen geringeren Sauerstoffanteil haben. Ein weiterer Nachteil ist es, dass parasitäre Restgase die Zündfähigkeit weiter verschlechtern .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit geringem Verbrauch von elektrischer Leistung bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass der Kolben des zu zündenden Zylinders in eine definierte Startposition be- wegt wird. Dazu ist ein Antrieb vorgesehen, der mit dem Kolben in Wirkverbindung steht. In einer weiteren Ausführungsform wird beim Abstellen der Brennkraftmaschine eine für den Zylinder vorgesehene Zündung nicht durchgeführt. Auf diese Weise sind in dem Zylinder keine Abgase enthalten. Zudem ist der Sauerstoffgehalt der Fül- lung des Zylinders höher als nach einer Zündung.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Kolben ausgehend von einem Arbeitshub in Richtung auf den oberen Totpunkt zurückbewegt. Dabei wird der Kolben vorzugsweise nicht über den oberen Totpunkt zurückbewegt. Auf diese Weise wird Strom eingespart, da eine hohe Verdichtungsleistung bis über den Totpunkt nicht erforderlich ist. Der geringere Energieverbrauch des Startermotors führt dazu, dass auch ein Startspannungseinbruch durch den Anlasser geringer ausfällt. Dadurch kann die Elektronik im Auto einfacher ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Kolben des ersten Zylinders mit einem zweiten Kolben eines zweiten Zylinders gekoppelt und der erste Kolben wird so weit zurückbe- wegt, bis sich ein Einlassventil des zweiten Kolbens öffnet und Umgebungsluft in den zweiten Kolben einlässt. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass der zweite Kolben mit frischer Luft, d. h. mit Luft mit unverbranntem Sauerstoff, gefüllt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine die Bewegung des ersten Kolbens gebremst und somit der erste Kolben in einer gewünschten Ausgangsposition zum Stehen gebracht. Auf diese Weise kann die Ausgangs- position des ersten Kolbens definiert vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Kolben im ersten Zylinder in Richtung auf den oberen Totpunkt zurückbewegt, ohne aber das Auslassventil des ersten Zylinders zu öffnen. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass die Gasfüllung im ersten Zylinder verdichtet wird. In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Kolben beim Abstellen der Brennkraftmaschine in eine Ausgangsposition abgebremst, die im Arbeitshub oder im Ausstoßhub liegt.
In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Kolben, wenn er sich im Arbeitshub im Stillstand befindet, in der Motordrehrichtung weiterbewegt, bis das Auslassventil öffnet. Anschließend wird der erste Kolben entgegen der Motordrehrichtung in die Startposition bewegt. Auf diese Weise wird er- reicht, dass der erste Zylinder mit Gas über einen Auslasskanal befüllt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines der Zylinder und eines Steuergerätes,
Figur 3 einen ersten Programmablauf,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Teils der Ar- beitstakte des ersten und des dritten Zylinders, und
Figur 5 einen zweiten Programmablauf.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einer Brenn- kraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2, 3, 4, 5, die in Wirkverbindung mit einer Kurbelwelle 6 stehen. Die Kurbelwelle 6 steht über eine nicht dargestellte Kupplung und über ein nicht dargestelltes Getriebe mit einem nicht dargestellten Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges in Ver- bindung. Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine, die nach einem Viertakterprinzip arbeitet. Zur Steuerung des Gaswechsels wird eine mit doppelter Motordrehzahl drehende Nockenwelle verwendet, die von der Kurbelwelle angetrieben wird. Die No- ckenwelle öffnet die für das Ausschieben der verbrauchten Gase und das Ansaugen der Frischgase separat ausgelegten Gaswechselventile gegen die Kraft der Ventilfedern. Kurz vor dem unteren Totpunkt öffnet das Auslassventil und bei überkriti- schem Druckverhältnis verlassen während dieses Vorauslasses ca. 50% der Brenngase den Brennraum. Der sich nach oben bewegende Kolben sorgt während des Ausschubtaktes für eine nahezu vollständige Entfernung der Brenngase aus dem Brennraum. Kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens öffnet das Einlassventil bei noch geöffnetem Auslassventil. Zur Unterscheidung vom Zünd-OT, bei dem die Verbrennung abläuft, nennt man diese Stellung der Kurbelwelle den Gaswechsel OT, weil sich in diesem Bereich die sonst strikt getrennten Einlass- und Auslassvorgänge überschneiden. Kurz nach dem Gaswechsel OT schließt das Auslassventil und bei geöffnetem Einlassventil kann der sich nach unten bewegende Kolben Frischluft ansaugen. Dieser zweite Takt des Gaswechsels, der Ansaugtakt, dauert bis kurz nach dem unteren Totpunkt. Bei der folgenden Bewegung des Kolbens nach oben wird ein Verdichtungsvorgang durchgeführt. Anschließend erfolgt beim Zünd-OT die Zündung des eingespritzten Kraftstoffes. Beim folgenden Arbeitstakt erfolgt die Verbrennung und der Kolben wird wieder nach unten bewegt. Anstelle einer Nockenwelle kann auch ein elektrischer Antrieb zum Öffnen und schließen der Einlass- und Auslassventile vor- gesehen sein. Ein Kolben durchläuft somit den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausschubtakt, d. h. 4 Takte. Bei einem Vierzylinder sind beispielsweise der erste und zweite Zylinder in gleicher Phase und der dritte und vierte Zylinder sind um einen Takt verschoben.
Weiterhin ist in Figur 1 ein Steuergerät 7 und ein Antrieb 8, insbesondere ein elektrischer Motor und/oder eine Motor/Generatoreinheit vorgesehen. Der Antrieb 8 ist an die Kurbelwelle 6 angeschlossen. Die vier Zylinder 2, 3, 4, 5 sind im wesentlichen identisch aufgebaut und werden nun anhand des ersten Zylinders 2 erläutert. Figur 2 zeigt den ersten Zylinder 2 mit einem ersten Kolben 9, der über eine Pleuelstange 10 mit der Kurbelwelle 6 verbunden ist. Am ersten Zylinder 2 sind ein Einlassventil 11 und ein Auslassventil 12 vorgesehen. Das Einlassventil 11 und das Auslassventil 12 werden von einer nicht dargestellten Nockenwelle betätigt. Das Einlassventil 11 ist in einem Ansaugkanal angeordnet, über das Frischluft in den ersten Zylinder 2 gesaugt wird. Das Auslassventil 12 ist in einem Auslasskanal angeordnet, über den verbrannte Abgase in den Auslasska- nal 14 abgegeben werden können. Weiterhin ist eine Zündeinrichtung 15 vorgesehen, die in den ersten Zylinder 2 ragt und mit dem ein Kraftstoffluftgemisch entzündet werden kann. Weiterhin ist ein Einspritzventil 16 vorgesehen, das Kraftstoff in den ersten Zylinder 2 einspritzt.
Weiterhin ist der Antrieb 8 dargestellt, der mit dem Steuergerät 7 verbunden ist. Mit dem Antrieb 8 kann über die Kurbelwelle die Position der Kolben eingestellte werden. Das Steuergerät 7 ist mit einer Vielzahl von Sensoren 17 verbun- den, die verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges erfassen, insbesondere einen Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 6. Im Daten- Programmspeicher 18 sind Werte und Programme abgelegt, die das Steuergerät 7 zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 ver- wendet. Beispielsweise sind im Daten/Programmspeicher 18 Werte abgelegt, bei denen das Einlass- und/oder das Auslassventil 11, 12 geöffnet bzw. geschlossen werden. Weiterhin sind Daten im Daten/Programmspeicher abgelegt, die festlegen, zu welchem Zeitpunkt eine Zündung durch die Zündeinrichtung 15 im Zylinder erfolgt. Weiterhin ist das Steuergerät 7 mit einem Start/Stopp-Schalter 19 verbunden. Der Start/Stopp- Schalter 19 dient dazu, um dem Steuergerät 7 mitzuteilen, ob die Brennkraftmaschine gestartet oder abgeschaltet werden soll. Der Start/Stopp-Schalter kann in Form eines Zündschal- ters oder eines Ein/Ausschalters ausgebildet sein.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform zur Durchführung eines Verfahrens zum Starten der Brennkraftmaschine 1. Dabei befin- det sich die Brennkraftmaschine 1 bei einem ersten Programmpunkt 100 im Stillstand, d. h. es wird keine Einspritzung und keine Zündung durchgeführt und die Kolben der Zylinder bewegen sich nicht. Nun erfolgt bei Programmpunkt 110 die Infor- mation an das Steuergerät 7, dass die Brennkraftmaschine 1 gestartet werden soll. Dies kann beispielsweise mit dem Start/Stopp-Schalter 19 oder durch Betätigung eines anderen Schalters, beispielsweise über eine Erfassung der Betätigung des Kupplungspedals, bewirkt werden. Das Steuergerät 7, das die Position der einzelnen Kolben der Zylinder über die Sensoren 17 erfasst, sucht sich den Zylinder aus, der sich im Arbeitshub befindet. Dies wird im Programmpunkt 120 durchgeführt.
Beim folgenden Programmpunkt 130 steuert das Steuergerät 7 den Antrieb 8 in der Weise an, dass der ausgewählte Zylinder entgegen der Bewegungsrichtung beim normalen Betrieb der Brennkraftmaschine in Richtung auf den oberen Totpunkt zurückbewegt wird. Dabei wird das Gas im ersten Zylinder 2 komprimiert.
Diese Situation ist in Figur 4 dargestellt. Der erste Zylinder befindet sich im Ruhezustand der Brennkraftmaschine in einer ersten Position Pl kurz vor dem Öffnen des Auslassven- tils. Nun wird der erste Kolben vom Antrieb 8 in Richtung auf eine zweite Position P2 bis kurz vor den oberen Totpunkt zurückbewegt. Geht man nun davon aus, dass die Brennkraftmaschine 1 mehrere Zylinder, insbesondere vier Zylinder 2, 3, 4, 5 aufweist, so befindet sich beispielweise der dritte Zy- linder im Verdichtungstakt in einer dritten Position P3 im Ruhezustand der Brennkraftmaschine. Beim Zurückbewegen des ersten Kolbens in die zweite Position P2 wird ein dritter Kolben des dritten Zylinders in die vierte Position P4 zurückbewegt. In der vierten Position P4 ist das Einlassventil des dritten Zylinders geöffnet, sodass Frischluft in den dritten Zylinder einströmen kann. Durch die Verwendung des Antriebs 8 kann der Zeitpunkt und die Position der Kolben beim Zurückbewegen in gewissen Grenzen frei gewählt werden. Beispielsweise wird der erste Kolben des ersten Zylinders in Richtung auf den oberen Totpunkt aber nicht bis über den oberen Totpunkt hinaus zurückgedreht. In der zweiten Position P2 des ersten Kolbens wird Kraftstoff in einem Programmpunkt 14 in den ersten Zylinder eingespritzt und anschließend der Kraftstoff über die Zündeinrichtung 15 gezündet.
Durch die Verbrennung im ersten Zylinder 1 und die daraus entstehende Bewegungsenergie wird der erste Kolben in der normalen Bewegungsrichtung der Brennkraftmaschine bewegt, wobei die Luft im dritten Zylinder komprimiert wird. Bei Erreichen eines optimalen Zeitpunktes im Bereich des oberen Totpunktes wird bei einem folgenden Programmpunkt 150 Kraftstoff in den dritten Zylinder eingespritzt und das Kraftstoffgasge- misch gezündet. Auf diese Weise ist es möglich, dass auch der dritte Zylinder direkt nach dem ersten Zylinder einen vollen Arbeitstakt ausführen kann. Mit diesen beiden Arbeitstakten ist es möglich, den Motor zu starten, ohne dass ein Starten der Brennkraftmaschine mithilfe eines Starters erforderlich ist. Der Antrieb 8 kann im Vergleich zu einem Starter deutlich schwächer ausgeführt sein, da der Antrieb einen Kolben eines Zylinders nur in Richtung auf den oberen Totpunkt zurückdrehen muss, ohne mit dem Kolben über den oberen Totpunkt hinaus Luft verdichten zu müssen. Auf diese Weise ist nicht eine Kompression über den oberen Totpunkt erforderlich und es ist nicht notwendig, dass eine minimale Motordrehzahl erreicht und mehrere Zündversuche durchgeführt werden müssen. Damit ist der Antrieb 8 deutlich leichter und kostengünstiger im Vergleich zu einem normalen Startergenerator auszubilden.
Die erste Position Pl befindet sich beispielsweise 1° bis 10° Kurbelwellenwinkel vor dem Öffnen des Auslassventils. Die zweite Position P2 befindet sich beispielsweise 1° bis 10° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt für die Zündung.
Figur 5 zeigt eine weiteren Ausführung eines Programmablaufs zur Durchführung eines Verfahrens zum Starten einer Brennkraftmaschine. Dabei befindet sich die Brennkraftmaschine bei einem Programmpunkt 200 im Normalbetrieb, d. h. es wird Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt und gezündet. Bei einem folgenden Programmpunkt 210 erhält das Steuergerät 7 die Information, dass die Brennkraftmaschine 1 abgeschaltet wer- den soll. Das Steuergerät 7, das die Positionen der einzelnen Kolben der Zylinder erfasst, wählt sich einen passenden Kolben aus. Dazu verwendet das Steuergerät 7 die Information eines Kurbelwellensensors und die Information eines Nockenwellensensors für die entsprechenden Kolben. Dies wird bei Pro- grammpunkt 220 durchgeführt. Bei einem folgenden Programmpunkt 230 bremst das Steuergerät 7 beispielsweise mithilfe des Antriebs 8 den ausgewählten Kolben, in diesem Beispiel den ersten Kolben 9 des ersten Zylinders 2, in der Weise ab, dass der erste Kolben 9 nach dem oberen Totpunkt im Arbeits- takt, d. h. in der ersten Position Pl stehen bleibt. Vorzugsweise ist die erste Position Pl in der Weise gewählt, dass der erste Zylinder 2 eine möglichst große Luftfüllung hat, d. h. dass sich der erste Kolben 1 in einer Position befindet, bei der das Auslassventil des ersten Zylinders 2 gerade noch nicht geöffnet ist. Dabei wird der Arbeitstakt nicht mehr ausgeführt, d. h. es wird vorzugsweise kein Kraftstoff mehr eingespritzt und nicht gezündet.
In dieser Position verbleibt nun die Brennkraftmaschine bis eine Startanforderung erfolgt. Die Startanforderung erfolgt bei Programmpunkt 240. Anschließend wird bei Programmpunkt 250 der erste Kolben 9 von der ersten Position Pl entgegen der normalen Motorlaufrichtung in Richtung auf den oberen Totpunkt OT zurückbewegt. Dabei sind sowohl das Einlassven- til, als auch das Auslassventil des ersten Zylinders geschlossen. Vor Erreichen der zweiten Position P2, die den Endwert des zurückgedrehten Kolbens mit maximal komprimierter Luft darstellt, wird Kraftstoff eingespritzt. Durch den weiteren Kompressionshub wird eine Verwirbelung des Luft- Kraftstoffgemisches erreicht. Bei Erreichen der zweiten Position P2 wird das Luft-Kraftstoffgemisch gezündet. Die zweite Position P2 ist wie in dem oberen Beispiel nach dem oberen Totpunkt OT, da Energie zum Überwinden des oberen Totpunktes eingespart werden soll. Zudem soll der Motor in der Drehrichtung anlaufen. Der Kraftstoff wird beispielsweise 10° Kurbelwellenwinkel vor Erreichen der zweiten Position P2 eingespritzt .
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die zweite Position P2 so gewählt werden, dass das Einlassventil eines weiteren, in diesem Beispiel des dritten Zylinders geöffnet wird und der dritte Zylinder mit Frischluft versorgt wird. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Abbremsen der Brennkraftmaschine mithilfe eines Startergenerators zur Rückgewinnung einer Energie, beispielsweise zum Gewinnen einer elektrischen Leistung durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann beim Starten der Kolben des ausgewählten Zylinders, der als erstes gezündet wird vom Antrieb 8 zuerst in der normalen Bewegungsrichtung weiter bewegt werden, bis Frischluft über den Auslasskanal 14 in den ausgewählten Zylinder strömt. Erst dann wird der Kolben des ausgewählten Zylinders entgegen der Motordrehrichtung in
Richtung auf den oberen Totpunkt zurückbewegt, wie oben erläutert. In der Regel sind alle Kolben mit der Kurbelwelle verbunden, sodass alle Kolben mitbewegt werden.
Zudem kann in einer weiteren Ausführungsform der Kolben des ausgewählten Zylinders beim Abbremsen so abgebremst werden, dass das Auslassventil des ausgewählten Zylinders bereits geöffnet ist. Weiterhin kann bei einer weiteren Ausführungsform das Steuergerät 7 einen Zylinder auswählen, dessen Auslass- ventil kurz nach dem Arbeitshub gerade geöffnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann zum Abbremsen des Motors eine Wirbelstrombremse 20 verwendet werden, um elektrische Energie zu gewinnen, die in eine Batterie eingespeist wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, einem Einlass- und einem Aus- lassventil und mit einem Kolben, der mit einer Kurbelwelle in Wechselwirkung steht und die Kurbelwelle bei einem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine in einer festgelegten Drehrichtung bewegt, wobei sich der Kolben in einer Ausgangsposition befindet, wobei der Kolben mithilfe eines Antriebs entgegen der normalen Drehrichtung der Kurbelwelle in eine definierte Startposition bewegt wird, wobei Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird und der Kraftstoff entzündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine eine für den Zylinder vorgesehene Zündung nicht ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ausgangsposition im Arbeitstakt des Kolbens liegt, wobei der Kolben zurück in Richtung auf den oberen Totpunkt bewegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Kolben nicht über den oberen Totpunkt zurück bewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei vor Erreichen der Startposition Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird und anschließend der Kraftstoff ent- zündet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Kraftstoff in den ersten Zylinder vor Erreichen des Startpunktes eingespritzt wird und der Kraftstoff beim Startpunkt entzündet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen zweiten Zylinder mit einem zweiten Einlass-, mit einem zweiten Auslassventil und mit einem zweiten Kolben aufweist, der mit der Kurbelwelle in Wechselwirkung steht, wobei beim Bewegen des ersten Kolbens in die Startposition der zwei- te Kolben in eine dritte Position bewegt wird, bei der das Einlassventil des zweiten Zylinders geöffnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bewegung des ersten Kolbens beim Abstellen der Brenn- kraftmaschine in der Bewegung gebremst wird und in einer festgelegten Position zum Stehen kommt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Kolben in einen Bereich nach dem oberen Totpunkt aber ohne Öff- nung des Auslassventils bewegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Kolben ausgehend von der Ausgangsposition in der normalen Drehrichtung der Kurbelwelle weiter bewegt wird, bis das Auslassventil des ersten Zylinders öffnet, dass anschließend der erste Kolben entgegen der normalen Drehrichtung der Kurbelwelle in die Startposition bewegt wird.
11. Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Steuergerät (7) und einem Antrieb (8), der mit einer Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, den Antrieb (8) gemäß einem Verfahren der Ansprü- che 1 bis 10 anzusteuern.
12. Steuergerät, das ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
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