WO2006013166A2 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine bei einem start - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine bei einem start Download PDF

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    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1506—Digital data processing using one central computing unit with particular means during starting

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an internal combustion engine at a start according to the preamble of the first independent main claim. Furthermore, the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine during a start.
  • start-stop methods are increasingly being used. At the current start-stop
  • the engine is started by means of a starter or starter, such.
  • a starter or starter such.
  • B. a belt or crankshaft starter generator or a conventional starter.
  • the start takes place by a torque of the internal combustion engine being generated when the internal combustion engine is accelerated by injecting fuel and subsequent ignition, the starter being disengaged once the internal combustion engine has sufficient speed.
  • a starting device is known from EP 1 036 928 A2, in which at least one cylinder in compression is identified when the internal combustion engine is switched off, and in the presence of a start request, fuel is injected into this cylinder.
  • EP 1 270 933 A1 a method is known for controlling the torque output of a starter during the starting process of an internal combustion engine coupled to the starter, wherein a function of at least one engine operating parameter switches between a pure control to a closed-loop feedback control becomes. For this purpose, the speed is controlled during starting and spielnem switched from reaching the control of a certain speed to the control.
  • the device according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that a detection means before starting the Brennkraftma ⁇ machine determines the position of a piston of a first going into compression or in a suction phase cylinder and that a calculation means before starting the Brenn ⁇ engine as a function of this piston position specifies a starter torque.
  • a starter torque can already be predefined in consideration of the piston position of a relevant cylinder, even before the start of the internal combustion engine, that is before the crankshaft is set in motion, so as to enable an optimal start.
  • the calculation means predetermines a time course of the starter torque as a function of the piston position. Starting from a known piston position, the piston positions of all cylinders following a start can be determined without further ado. Advantageously, it is now vorgese ⁇ to adjust the starter torque in time or with respect to a crankshaft angle corresponding to the expected piston positions. Furthermore, it is advantageous if the calculation means determines a time profile of a combustion torque as a function of the given time curve of the starter torque. Since both the piston position and the time profile of the starter torque are known or predetermined even before the start of the internal combustion engine, the combustion torque can advantageously be set so that the start takes place in a preferred manner.
  • a further advantageous embodiment provides that the calculation means determines starter and combustion torques for a preferred engine ramp-up before a start of the internal combustion engine, and a control means monitors the engine ramp-up after a start of the engine and, in the case of deviations from the preferred engine ramp-up Starter and / or Verbrennungsnav ⁇ moments to comply with the preferred engine run-up adapts.
  • a preferred engine run-up can already be determined before starting in order to carry out an optimum start. For example.
  • a preferred engine run-up could account for a cold or hot start, or be such that autoignition of the fuel is avoided.
  • combustion torque is preferably through
  • Ignition parameters and / or injection parameters is set.
  • a further advantageous embodiment provides that the detection means detects the absolute angular position of the crankshaft of the internal combustion engine before a start of the internal combustion engine via a sensor. This has the advantage of having a synchronization with the
  • Crankshaft can be done before the start of the engine so that a variety of sizes, control variables, settings, etc. can be adjusted early.
  • a further advantageous embodiment provides that the calculation means predetermines the starter torque so that a fuel introduced into the cylinder is distributed homogeneously.
  • the predetermined starter torque has a direct influence on the rotational speed of the starter and the driven crankshaft and thus also on the piston speed.
  • cylin- derindividual combustion chamber pressure gradients and specific flow conditions can be determined via the piston speed - A -
  • Influence combustion chamber which can be adjusted so that preferably sets a homogeneous fuel mixture.
  • Fuel is prevented.
  • a further advantageous embodiment provides that the calculation means predetermines the starter torque such that while a piston of a cylinder in the compression phase passes through a top dead center, the starter torque has a local maximum.
  • the pressure in the combustion chamber rises sharply and counteracts the starter torque via the established gas spring moment. According to the invention, it is now provided in vorteilhaf ⁇ ter way to counteract this gas spring torque by increasing the starter torque.
  • a further advantageous embodiment provides that a calculation means specifies a time or crankshaft angle at which the starter is dropped. This allows a possible early dropping of the starter, reduces the mechanical load on the starter and increases the comfort of the starting process by reducing or shortening the starter noises.
  • a further advantageous embodiment provides that the control means monitors a rotational speed and, when a minimum rotational speed is exceeded, discharges the starter at the latest when passing through a top dead center of a piston whose cylinder is in a compression phase (ignition TDC).
  • the minimum rotational speed can be selected smaller than a customary starting rotational speed, if it is ensured that the internal combustion engine automatically reaches the necessary rotational speed in the subsequent power stroke. Inso then an operation of the starter is a maximum to top dead center sufficient.
  • Figure 1 shows schematically the sequence of a start-stop operation
  • Figure 2 shows schematically the monitoring of the motor run-up
  • 3 shows schematically a control device according to the invention.
  • the invention is based on the idea of predetermining a starter torque even before starting the internal combustion engine as a function of a piston position.
  • an absolute angle sensor can be used, which is mounted on the camshaft and / or crankshaft and indicates the instantaneous angular position of the crankshafts.
  • the absolute angle sensor also makes it possible to synchronize the control unit more quickly with the internal combustion engine than is possible with the conventional synchronization methods via reference marks on the crankshaft sensor wheel and / or a phaser wheel on the camshaft.
  • the exemplary embodiment of a start-stop operation shown schematically in FIG. 1 shows, by way of example, a possible field of application or technical environment of the invention.
  • the exemplary start-stop operation is as follows: In step 10, the controller is in a pre-start phase. In the start-stop mode, the ignition (KLl 5) either remains on or is briefly energized at defined time intervals, so that the control unit is regularly applied to the supply voltage. As a result, the otherwise necessary resynchronization of the control unit with the motor during startup becomes unnecessary, and the various operating parameters of relevant motor functions are regularly updated. Alternatively, this task can also be taken over only by a special partial function in the control unit during the stop phase, so that the entire control unit does not always have to be activated.
  • step 20 relevant operating parameters are then detected.
  • the following operating parameters can be used as input variables, for example: start cylinder, piston position, engine, engine oil, cooling water, intake air, ambient air, catalyst and fuel temperature, fuel rail, ambient air pressure, fuel quality, battery voltage, valve timing, -hub, compression ratio, gear, clutch, position throttle, accelerator pedal, brake pedal position, time and others.
  • a starting strategy is determined based on its control variables for a motor run-up.
  • a starting strategy may, for example, take into account a cold start or a hot start or a start-stop operation or be designed to realize a fast engine run-up or design a motor run-up such that self-ignition operating states are avoided.
  • step 30 it is checked whether the start strategy can be performed. If conditions for the starting strategy are unfavorable or not satisfied, branching is made to step 100, in which it is decided whether a cylinder following in the firing sequence is selected - step 100 - or whether an alternative starting process is initiated - step 120. If suitable conditions for carrying out the starting strategy are present, relevant control variables are read out in step 40.
  • control variables are, for example: injection time, angle, quantity; Ignition timing, angle; to be delivered engine torque; Time or angle duration of the control of the starter; Valve timing, stroke; Compression ratio; Position Drossel ⁇ flap, exhaust gas recirculation valve and more.
  • step 50 the control variables are output to the respective components and in step 60 then the start of the internal combustion engine takes place.
  • step 70 it is preferably checked after a first power stroke whether the control variables have led to an engine run-up given in accordance with the starting strategy. In case of deviations, the control variables are adjusted in step 200 so that the desired engine run-up is achieved. In step 50, the new control variables are then output to the components. Step 60 is skipped in this cycle and rechecked in step 70 whether the engine ramp-up according to the start strategy. In the case of deviations, the control values are possibly adjusted again via step 200.
  • the starter and / or combustion torques for a preferred engine run-up can be adapted in these steps.
  • the adaptation can take place here both by adaptation of the control values and by regulation.
  • step 70 As a fallback level in the event that the start was unsuccessful, in the examination in step 70 a branch is made to step 120, in which an alternative start procedure is then initiated.
  • step 80 in which the internal combustion engine is brought into normal operation.
  • Step 90 the shutdown of the internal combustion engine is regulated or unregulated, depending on the parking concept.
  • an uncontrolled engine shutdown is initiated, in which the crankshaft runs free without any influence.
  • Step 190 A controlled engine shutdown is aimed at turning off an internal combustion engine and in particular the crankshaft in a defined state, so that an optimal piston position with respect to start time, consumption, emission, electrical system load, etc. is achieved in a subsequent start.
  • step 90 or 190 After the engine shutdown in step 90 or 190, reference is made to the pre-start step 10, with which a new operating cycle can begin.
  • step 100 If no conditions for carrying out the starting strategy are found in step 30, the method branches to step 100 as described. Preferably, an attempt is made to find a cylinder for which the conditions are fulfilled, that is, for example, the cylinder has a suitable piston position. Thus, step 100 initially branches to step 110. Here, a cylinder following in the firing sequence is selected and branched into step 20, so that the routine can run again. If no suitable condition is registered again in step 30, typ
  • Step 100 repeats the loop until all cylinders are polled. If there is still no suitable condition, step 100 branches to step 120 and initiates an alternative startup procedure.
  • step 120 the present start strategy is initially aborted. A possible
  • the starting alternative is to provide control variables for a non-optimized engine run-up. These control variables can be selected, for example, such that default values are used for the injection and the ignition, whereas the starter can use control variables for a preferred starting strategy, for example a start-stop Operation, be controlled. As a further alternative, it may also be envisaged to initiate a "standard" normal start, in which the starter is operated in a conventional manner, and it may also be provided to predetermine certain starter torques.
  • step 130 the control variables are output to the components, after which the start takes place in step 140, wherein it is then checked in step 70 whether the
  • FIG. 2 shows in detail the steps after starting the internal combustion engine.
  • control values are read out in accordance with the start strategy and output to components 300 of the internal combustion engine or starter 700 in step 50, wherein then a start takes place in step 60 (not shown in FIG. 2).
  • operating parameters are read in, for example, continuously or at specific time intervals, essentially independently of the remaining steps in a step 220, so that, if necessary, a time profile of relevant operating parameters can be determined.
  • step 70 After the start of the start, it is checked in step 70 on the basis of the operating parameter determined in step 220, whether an engine run-up according to the predetermined start strategy is present. If the determined operating parameters deviate from the operating parameters expected according to the starting strategy, the control values are adjusted in step 200 so that the desired engine run-up is achieved. The new control values are output to the components 300 in step 50, stored if necessary, and the success of the adjustments is checked in step 70, and in the case of renewed deviations branched back into step 200.
  • FIG. 3 a device 1 according to the invention with a dashed border is shown in FIG.
  • the device preferably a control device, comprises a calculation means 410, a detection means 420, and in the present embodiment a control means 430 and a storage means 440.
  • the detection means 420 preferably a receiver, analog-digital converter or the like, detects, for example via sensors, which are preferably outside the Vorrich ⁇ device, operating parameters of the internal combustion engine and passes corresponding signals to the calculation means 410 and the control means 430 on.
  • the calculation means 410 preferably a microprocessor or in general a computing unit, calculates or determines a starting strategy suitable for starting the internal combustion engine as a function of the acquired operating parameters and determines control variables so that the engine starts up according to the desired starting strategy.
  • the Control variables and possibly the start strategy are passed on to the control means 430.
  • control means 430 may be constructed as a separate entity or may be part of the functionality of the computing means 410.
  • Components 300 of the internal combustion engine 500 and of the starter 700 with the specified control variables are controlled via the control means 430 and possibly further functional modules. If no control is provided, the control variables can also be forwarded directly by the calculation means 410.
  • the control means 430 monitors on the basis of the detected operating parameters whether the engine run-up during startup corresponds to the predetermined start strategy. If the engine ramp-up deviates certain operating parameters from the parameters expected for the starting strategy, the control means 430 adjusts the control variables accordingly in order to achieve an optimal engine ramp-up in accordance with the desired starting strategy.
  • the adapted or adapted control variables are stored in a storage means 440, so that values which have already been adjusted are available for a renewed start with a corresponding start strategy.
  • control variables can be stored in a memory means 440-for example in maps, lines, special value tables, memory units of a neural network or other memory units-and can also be learned adaptively, so that always Time, consumption and emission optimized start is achieved.
  • starter torque can also be used , which in the firing sequence transfers subsequent cylinders from the intake to the compression stroke and the start routine on this cylinder is carried out.
  • a device or control device with motor control functions programmed therein makes it possible to output injection and ignition pulses separately from one another and at arbitrary times or crankshaft angles. It also makes it possible to control an electric machine, such as a starter or starter-generator, with time-variable or variable control over the cam or crankshaft angle. Likewise, in systems with variable compression or valve control, it is possible to vary the compression ratio or the phase and stroke position of the intake and exhaust valves during the starting process.
  • valve timing for the intake and exhaust camshafts either the degree of filling in the compression phase or the engine torque output can be controlled.
  • the degree of filling in the compression cylinder can be changed depending on the ambient conditions in the engine.
  • a part of the combustion energy can be e.g. be discharged by an earlier opening of the exhaust valve in the exhaust passage, so as to
  • the control period of the exhaust nozzle shaft can also be changed in the direction: "exhaust valve opens late" in order to be able to utilize the combustion torque over a larger crankshaft angle range.
  • a possible start strategy can provide a special control algorithm and thus predict or simulate the temperature profile during the compression phase, for example based on the compression ratio and / or the valve timing, the air mass trapped in the cylinder and the starter speed. Thereafter, the output variables of the control algorithm or the control values can be set so that a critical for auto-ignition temperature is not exceeded.
  • the compression ratio may additionally be varied during the compression and combustion process to control the compression temperature and the compression pressure. If one recognizes, e.g. by means of a
  • the procedure according to the invention makes it possible to base the start strategy or the engine startup essentially on two principles: a performance-optimized and accordingly torque-optimized control of a starter, as a start-supporting or -vorkende measure, and an optimal control or regulation of the first burns until to reach the target idle speed.
  • the upstream activation of a starter 700 as a start-assisting measure takes place in such a way that in the first OT passage a speed optimum is achieved from the starter speed for the subsequent combustion.
  • the triggering of the starter can also take place in such a way that an optimum in the mixture preparation time for the subsequent combustion is created during the compression phase on the basis of the starter speed.
  • Temperature sensor or a pressure curve of a combustion chamber pressure sensor can, for example, Also, the compression temperature can be kept below the critical for a self-ignition temperature by specifically wall heat losses are allowed to the cylinder wall during compression.
  • the starter thus provides an initial torque, to which then the combustion torque generated by the first combustion adds up to a total engine torque. This ultimately results in the speed increase during engine startup.
  • the starter is actuated either only in terms of angle or time, as is necessary in order to ensure the predefined rotational speed when the TDC is exceeded. That the starter is actively discarded again as early as possible in order to avoid unnecessary on-board network loads or even start noise.
  • Start the internal combustion engine estimated the expected on-board network load and the power consumption of the starter and accordingly the starter torque are adjusted so that during starting and the engine start-up the vehicle electrical system voltage does not fall below a critical value or defined threshold.
  • the piston speed By adjusting the piston speed, it is possible to achieve certain combustion chamber pressures, cylinder wall or combustion chamber temperatures, or to influence their time profiles. If, for example, the engine temperature is below a defined temperature threshold, for example during a cold start at low temperatures, the combustion chamber temperature required for a desired mixture preparation would not be reached in a conventional starter with conventional starter speeds since too much heat is dissipated to the cylinder walls.
  • a power control By means of an inventive procedure, however, it is possible to specifically increase the torque of the starter, for example via a power control, so that the compression is so fast due to the resulting piston speed that the heat transfer via the cylinder walls is reduced and the engine is reduced the necessary combustion chamber temperature is reached faster.
  • the starter torque By adjusting the starter torque, it is also possible to avoid certain operating conditions that trigger auto-ignition of the trapped air-fuel mixture. If, for example, the engine temperature exceeds a specific temperature threshold at which there is a risk of spontaneous combustion of the air-fuel mixture in a conventional starting method, the procedure according to the invention makes it possible to slow down the compression process, so that part of the compression heat is removed via the cylinder walls , thus exceeding critical
  • the temperature and the pressure in the combustion chamber can be monitored via suitable sensors and the starting and / or combustion torque or the engine torque can be monitored. Torlauflauf adapted to achieve certain operating conditions, controlled or gere ⁇ gel.
  • Starter speed and speed gradients can be set specifically and thus allow the shortest possible or defined start times to be achieved.
  • the vehicle can be braked by means of the starter or held in the sense of a elektri ⁇ 's parking brake at a standstill.
  • the cylinder is also used in Kompressions ⁇ clock, which is identified before the start, for example by means of an absolute angle sensor on the crankshaft.
  • Ignite fuel mixture This makes it possible, for example, advantageously avoid disturbing self-ignition in the compression phase.
  • the sequence of injection and ignition can take place both time-based and angle-based.
  • This start procedure can also be extended to the second and further in the firing sequence following combustion processes are applied in order to realize a time, consumption and emission-optimized start.
  • the start routine as shown in Figs. 1 and 2 controls. on the basis of the speed, or speed gradient curve of the previous combustion je ⁇ Weils the parameters (injection timing, quantity, ignition) for the subsequent combustion in order to achieve a time, consumption and emission-optimized start.
  • Idle speed as it is currently usually occurs during the startup process, can be reduced, so that the engine reaches its desired operating state faster.
  • a rapid reaching of the desired operating state of the engine is essen ⁇ tial in the start-stop operation for a quick start after a e.g. Traffic lights.
  • injection and ignition pulses may vary depending on the above
  • Input variables or operating parameters also before or during the compression phase, i. even before reaching top dead center.
  • the input variables for example engine, cooling water, oil, intake air temperature, etc.
  • the invention is also suitable for a start-stop system in vehicles with intake manifold injection (SRE) and can also be used for the cold start.
  • the injection pulses must take place for the individual cylinders during the intake stroke when the inlet valves are open or upstream of the intake manifold when the inlet valves are still closed.
  • the starter must be driven longer in both applications than in systems with direct injection because of the injection possibilities limited to the suction cycle. Again, however, one can find an optimum starter control.
  • Injection and ignition timing can also be freely selected here. However, depending on the engine operating conditions (such as rail pressure, fuel temperature, etc.), when choosing the injection timing, care must be taken that, as the starter spins, the air mass taken in the cylinder, e.g. For a stoichiometric Verbren ⁇ tion required fuel quantity, even before the closing of the intake valves, can be injected completely into the cylinder.
  • the starter has to this, starting from a starting position near the TDC position at least one crankshaft revolution (360 0 KW) are driven min- has been completed until the Startzylin ⁇ of its compression stroke and is located in the working cycle.
  • the starter drive is then only slightly longer than the maximum driving time of the starter of about half Kurbelwel ⁇ lenum loftung (about 180 0 KW) in PDA systems clock with injection into the Kompressions ⁇ .
  • the starter is just as much as in the systems triggered with direct injection be ⁇ described to reach a time, consumption and emission optimized start er ⁇ .
  • the risk of auto-ignition at high engine temperatures is limited in SRE start-stop systems by e.g. to prevent an increased injection quantity (enrichment) during the intake stroke or shortly before opening the intake valves (E ⁇ ).
  • E ⁇ intake valves

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (500) bei einem Start, wobei ein Erfassungsmittel (420) vor dem Start der Brennkraftmaschine die Position eines Kolbens eines zuerst in Kompression oder in eine Saugphase gehenden Zylinders ermittelt und ein Berechnungsmittel (410) in Abhängigkeit von dieser Kolbenposition ein Starterdrehmoment vorgibt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei einem Start
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei einem Start nach der Gattung des ersten unabhängigen Hauptanspruchs. Ferner be¬ trifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei einem Start.
Stand der Technik
Zur Reduzierung des Verbrauchs und der Emissionen von Kraftfahrzeugen finden zu- nehmend sogenannte Start-Stopp Verfahren Verbreitung. Bei den derzeitigen Start-Stopp
Verfahren erfolgt der Motorstart mittels eines Anlassers bzw. Starters, wie z. B. einem Riemen- oder Kurbelwellen-Starter-Generator oder auch einem üblichen Starter. Typi¬ scherweise erfolgt der Start, indem beim Hochdrehen der Brennkraftmaschine durch Ein¬ spritzen von Kraftstoff und nachfolgender Zündung ein Drehmoment der Brennkraftma- schine erzeugt wird, wobei bei ausreichender Drehzahl der Brennkraftmaschine der Star¬ ter wieder ausgerückt wird.
Aus der EP 0 903 492 A2 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Starter-Generators be¬ kannt, bei dem das vom Starter abgegebene Drehmoment in Abhängigkeit der Startfähig- keit der Brennkraftmaschine angepasst wird, wobei die Startfähigkeit beispielsweise durch eine Temperatur der Batterie beeinflusst wird.
Aus der EP 1 036 928 A2 ist eine Startvorrichtung bekannt, bei der beim Abstellen der Brennkraftmaschine zumindest ein in Kompression gehender Zylinder identifiziert wird, und bei Vorliegen einer Startanfrage wird in diesen Zylinder Kraftstoff eingespritzt wird. Aus der EP 1 270 933 Al ist ein Verfahren zur Kontrolle der Drehmomentabgabe eines Anlassers während des Anlassvorgangs einer mit dem Anlasser gekoppelten Brennkraft¬ maschine bekannt, wobei in Abhängigkeit von wenigstens einem Motorbetriebsparameter zwischen einer reinen Steuerung auf eine auf die Drehzahl rückgekoppelte Regelung um¬ geschaltet wird. Hierzu wird während des Anlassens die Drehzahl kontrolliert und bei¬ spielsweise ab Erreichen einer bestimmten Drehzahl von der Steuerung auf die Regelung umgeschaltet.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Erfassungsmittel vor dem Start der Brennkraftma¬ schine die Position eines Kolbens eines zuerst in Kompression oder in eine Saugphase gehenden Zylinders ermittelt und dass ein Berechnungsmittel vor dem Start der Brenn¬ kraftmaschine in Abhängigkeit von dieser Kolbenposition ein Starterdrehmoment vorgibt.
Ebenfalls von Vorteil ist das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren mit den Merk¬ malen des entsprechenden unabhängigen Anspruchs.
Durch das erfindungsgemäße Vorgehen kann bereits vor dem Start der Brennkraftma¬ schine, also noch bevor die Kurbelwelle in Bewegung versetzt wird, in vorteilhafter Wei¬ se ein Starterdrehmoment unter Berücksichtigung der Kolbenposition eines relevanten Zylinders vorgegeben werden, um so ein optimalen Start zu ermöglichen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbil¬ dungen und Verbesserung der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung bzw. des angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Berechnungsmittel in Abhängigkeit von der Kol¬ benposition einen zeitlichen Verlauf des Starterdrehmoments vorgibt. Ausgehend von ei¬ ner bekannten Kolbenposition lassen sich die bei einem Start nachfolgenden Kolbenposi¬ tionen aller Zylinder ohne Weiteres bestimmen. In vorteilhafter Weise ist es nun vorgese¬ hen, das Starterdrehmoment zeitlich bzw. bezogen auf einen Kurbelwellenwinkel ent- sprechend der zu erwarteten Kolbenpositionen anzupassen. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Berechnungsmittel in Abhängigkeit von dem vor¬ gegebenen zeitlichen Verlauf des Starterdrehmoments einen zeitlichen Verlauf eines Verbrennungsdrehmoments festlegt. Da bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine sowohl die Kolbenposition als auch der zeitliche Verlauf des Starterdrehmoments be¬ kannt bzw. vorgegeben sind, kann in vorteilhafter Weise das Verbrennungsdrehmoment so festgelegt werden, dass der Start in einer bevorzugten Weise erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Berechnungsmittel vor einem Start der Brennkraftmaschine der Brennkraftmaschine Starter- und Verbrennungsdreh¬ momente für einen bevorzugten Motorhochlauf festlegt, und ein Kontrollmittel nach ei¬ nem Beginn des Starts der Brennkraftmaschine den Motorhochlauf überwacht und bei Abweichungen vom bevorzugten Motorhochlauf Starter- und/oder Verbrennungsdreh¬ momente zur Einhaltung des bevorzugten Motorhochlaufs anpasst. So kann in vorteilhaf- ter Weise bereits vor dem Start ein bevorzugter Motorhochlauf festgelegt werden, um ei¬ nen optimalen Start durchzuführen. Bspw. könnte ein bevorzugter Motorhochlauf einen Kalt- oder Heißstart berücksichtigen oder dergestalt sein, dass Selbstentzündungen des Kraftstoffs vermieden werden.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Verbrennungsdrehmoment vorzugsweise durch
Zündungsparameter und/oder Einspritzparameter festgelegt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Erfassungsmittel über einen Sensor die absolute Winkellage der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vor einem Start der Brennkraftmaschine erfasst. Dies hat den Vorteil, dass eine Synchronisation mit der
Kurbelwelle bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine erfolgen kann, um somit eine Vielzahl von Größen, Steuergrößen, Einstellungen etc. früh angepasst werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Berechnungsmittel das Star- terdrehmoment so vorgibt, dass sich ein in den Zylinder eingebrachter Kraftstoff homo¬ gen verteilt. Das vorgegebene Starterdrehmoment hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Drehzahl des Starters und der angetriebenen Kurbelwelle und somit auch auf die Kol¬ bengeschwindigkeit. Über die Kolbengeschwindigkeit lassen sich beispielsweise zylin¬ derindividuelle Brennraumdruckgradienten und spezifische Strömungsverhältnisse im - A -
Brennraum beeinflussen, die so eingestellt werden können, dass sich vorzugsweise ein homogenes Kraftstoffgemisch einstellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Berechnungsmittel das Star- terdrehmoment so vorgibt, dass eine Selbstentzündung des in den Zylinder eingebrachten
Kraftstoffs verhindert wird. Durch gezielte Beeinflussung des Brennraumdrucks bzw. des Brennraumdruckgradienten über das Starterdrehmoment, ist es in vorteilhafter Weise möglich bestimmte Druckverläufe, die eine Selbstentzündung des Kraftstoffs begünsti¬ gen, zu vermeiden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Berechnungsmittel das Star¬ terdrehmoment so vorgibt, dass während ein Kolben eines Zylinders in der Kompressi¬ onsphase einen oberen Totpunkt durchschreitet das Starterdrehmoment ein lokales Ma¬ ximum aufweist. Insbesondere zum Ende der Kompressionsphase im Bereich des oberen Totpunkts steigt der Druck im Brennraum stark an und wirkt über das aufgebaute Gasfe¬ dermoment dem Starterdrehmoment entgegen. Erfindungsgemäß ist es nun in vorteilhaf¬ ter Weise vorgesehen, diesem Gasfedermoment durch Erhöhen des Starterdrehmoments entgegenzuwirken.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Berechnungsmittel einen Zeit¬ punkt oder Kurbelwellenwinkel vorgibt, beim dem der Starter abgeworfen wird. Dies er¬ laubt ein möglich frühes Abwerfen des Starters, reduziert die mechanische Belastung des Starters und erhöht den Komfort des Startvorgangs durch Verringerung bzw. Verkürzung der Startergeräusche.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Kontrollmittel eine Drehzahl überwacht und bei Überschreiten einer Mindestdrehzahl den Starter spätestens beim Durchschreiten eines oberen Totpunkts eines Kolbens dessen Zylinder sich in eine Kom¬ pressionsphase befindet (Zünd-OT) abwirft. Die Mindestdrehzahl kann hierbei kleiner als eine übliche Startdrehzahl gewählt sein, wenn sichergestellt ist, dass die Brennkraftma¬ schine im nachfolgenden Arbeitstakt die notwendige Drehzahl selbständig erreicht. Inso¬ fern ist dann ein Betrieb des Starters maximal bis zum oberen Totpunkt ausreichend.
Schließlich ist es vorteilhaft zum Betreiben der erfϊndungsgemäßen Vorrichtungen ent- sprechende Verfahren vorzusehen. Zeichnungen
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unab¬ hängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
Es zeigen
Figur 1 schematisch den Ablauf eines Start-Stopp-Betriebes; Figur 2 schematisch die Überwachung des Motorhochlaufs; Figur 3 schematisch ein erfindungsgemäßes Steuergerät.
Beschreibung
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, bereits vor dem Starten der Brennkraftma- schine in Abhängigkeit einer Kolbenposition ein Starterdrehmoment vorzugeben.
Insbesondere ist es hilfreich, bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen die Kolben¬ position des zuerst in Kompression gehenden Zylinders zu ermittelt und bei Brennkraft¬ maschinen mit Saugrohreinspritzung die Kolbenposition des zuerst in die Saugphase ge- henden Zylinders zu ermitteln.
Zur Identifikation des Startzylinders kann beispielsweise ein Absolutwinkelsensor einge¬ setzt werden, der an der Nocken- und/oder Kurbelwelle montiert ist und die momentane Winkellage der Kurbelwellen angibt. Der Absolutwinkelsensor erlaubt es weiterhin, das Steuergerät schneller mit der Brennkraftmaschine zu synchronisieren, als es mit den her¬ kömmlichen Synchronisationsverfahren über Bezugsmarken am Kurbelwellengeberrad und/oder einem Phasengeberrad an der Nockenwelle möglich ist.
Das in Figur 1 schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel eines Start-Stopp-Betriebs, zeigt beispielhaft ein mögliches Einsatzfeld bzw. technisches Umfeld der Erfindung. Der beispielhafte Start-Stopp-Betrieb stellt sich wie folgt dar: Im Schritt 10 befindet sich das Steuergerät in einer Vorstart-Phase. Im Start-Stopp-Betrieb bleibt die Zündung (KLl 5) entweder eingeschaltet oder wird in definierten Zeitabständen kurzzeitig bestromt, so dass das Steuergerät regelmäßig an der Versorgungsspannung anliegt. Da¬ durch wird die sonst notwendige Neusynchronisation des Steuergeräts mit dem Motor beim Start unnötig, und die verschiedenen Betriebsparameter relevanter Motorfunktionen werden regelmäßig aktualisiert. Alternativ kann diese Aufgabe auch nur von einer spe¬ ziellen Teilfunktion im Steuergerät während der Stopp-Phase übernommen werden, so dass nicht immer das gesamte Steuergerät aktiviert werden muss.
Im Schritt 20 werden dann relevante Betriebsparameter erfasst. Folgende Betriebspara¬ meter kommen als Eingangsgrößen beispielsweise in Frage: Startzylinder, Kolbenpositi¬ on, Motor-, Motoröl-, Kühlwasser-, Ansaugluft-, Umgebungsluft-, Katalysator- und Kraftstofftemperatur, Kraftstoffrail-, Umgebungsluftdruck, Kraftstoffqualität, Batterie¬ spannung, Ventilsteuerzeiten, -hub, Verdichtungsverhältnis, Gang, Kupplung, Stellung Drosselklappe, Gaspedal-, Bremspedalstellung, Zeit und andere.
Ausgehend von der erfassten oder ermittelten Betriebsparametern wird beispielsweise ei- ne Startstrategie bestimmt anhand dessen Steuergrößen für einen Motorhochlauf festge¬ legt werden. Eine Startstrategie kann beispielsweise einen Kaltstart oder Heißstart be¬ rücksichtigen oder einen Start-Stopp-Betrieb oder darauf ausgerichtet sein einen schnel¬ len Motorhochlauf zu realisieren oder einen Motorhochlauf derart gestalten, dass Selbst- entzündungsbetriebszustände vermieden werden.
Insbesondere kann es vorgesehen sein unter Berücksichtigung einer Kolbenposition ein Starterdrehmoment vorzugeben.
Im Schritt 30 wird überprüft, ob die Startstrategie durchgeführt werden kann. Sind Be- dingungen für die Startstrategie ungünstig oder nicht erfüllt wird zum Schritt 100 ver¬ zweigt, in dem entschieden wird, ob ein in der Zündfolge nachfolgender Zylinder ausge¬ wählt wird - Schritt 100 - oder ob ein alternativer Startvorgang eingeleitet wird - Schritt 120. Liegen geeignete Bedingungen zur Durchführung der Startstrategie vor, werden im Schritt 40 relevante Steuergrößen ausgelesen.
Relevante Steuergrößen sind beispielsweise: Einspritzzeitpunkt, -Winkel, -menge; Zünd- Zeitpunkt, -Winkel; abzugebendes Motormoment; Zeit- oder Winkeldauer der Ansteue¬ rung des Starters; Ventilsteuerzeiten, -hub; Verdichtungsverhältnis; Stellung Drossel¬ klappe, Abgasrückführventil und weitere.
Im Schritt 50 werden die Steuergrößen an die jeweiligen Komponenten ausgegeben und im Schritt 60 erfolgt dann der Start der Brennkraftmaschine.
Im nachfolgenden Schritt 70 wird vorzugsweise nach einem ersten Arbeitstakt überprüft, ob die Steuergrößen zu einem gemäß Startstrategie vorgegebenen Motorhochlauf geführt haben. Bei Abweichungen werden die Steuergrößen im Schritt 200 so angepasst, dass der gewünschte Motorhochlauf erreicht wird. Im Schritt 50 werden dann die neuen Steuer¬ größen an die Komponenten ausgegeben. Schritt 60 wird in diesem Zyklus übersprungen und im Schritt 70 erneut überprüft, ob der Motorhochlauf entsprechend der Startstrategie erfolgt. Bei Abweichungen werden ggf. wieder über den Schritt 200 die Steuerwerte an¬ gepasst.
Insbesondere können in diesen Schritten die Starter- und/oder Verbrennungsdrehmomen¬ te für einen bevorzugten Motorhochlauf angepasst werden. Die Anpassung kann hier so¬ wohl durch Adaption der Steuerwerte als auch durch eine Regelung erfolgen.
Als Rückfallebene für den Fall, dass der Start nicht erfolgreich war, wird bei der Über¬ prüfung in Schritt 70 in den Schritt 120 verzweigt, in dem dann ein alternativer Startvor¬ gang eingeleitet wird.
Bei einem erfolgreichen Start folgt der Schritt 80, in dem die Brennkraftmaschine in den Normalbetrieb gebracht wird.
Bei Vorliegen einer Stopp- Anforderung erfolgt je nach Abstellkonzept die Abstellung der Brennkraftmaschine geregelt oder ungeregelt. Mit einer Verzweigung in den Schritt 90 wird eine ungeregelte Motorabstellung eingeleitet, bei der die Kurbelwelle ohne Beein- flussung frei ausläuft. Ist eine geregelte Motorabstellung vorgesehen, wird folgt der Schritt 190. Eine geregelte Motorabstellung hebt darauf ab, eine Brennkraftmaschine und insbesondere die Kurbelwelle in einen definierten Zustand abzustellen, so dass bei einem nachfolgenden Start eine optimale Kolbenposition im Hinblick auf Startzeit, Verbrauch, Emission, Bordnetzbelastung etc. erreicht wird.
Nach der Motorabstellung im Schritt 90 bzw. 190 wird auf den Vorstart-Schritt 10 zurück verwiesen, womit ein neuer Betriebszyklus beginnen kann.
Werden im Schritt 30 keine Bedingungen zur Durchführung der Startstrategie vorgefun- den, so wird wie beschrieben in den Schritt 100 verzweigt. Vorzugsweise wird versucht, einen Zylinder zu finden, für den die Bedingungen erfüllt sind, also beispielsweise der Zylinder eine geeignete Kolbenposition aufweist. So verzweigt der Schritt 100 in der Re¬ gel zunächst zu Schritt 110. Hier wird ein in der Zündfolge nachfolgende Zylinder aus¬ gewählt und in den Schritt 20 verzweigt, so dass die Routine erneut ablaufen kann. Wird im Schritt 30 erneut keine geeignete Bedingung registriert, wird typischer Weise im
Schritt 100 die Schleife solange wiederholt, bis alle Zylinder abgefragt sind. Liegt immer noch keine geeignete Bedingung vor, verzweigt der Schritt 100 auf den Schritt 120 und leitet einen alternativen Startvorgang ein.
Im Schritt 120 wird die vorliegende Startstrategie zunächst abgebrochen. Eine mögliche
Startalternative ist, Steuergrößen für einen nicht optimierten Motorhochlauf bereitzuhal¬ ten. Diese Steuergrößen können beispielsweise so gewählt sein, dass für die Einspritzung und die Zündung Standardwerte verwendet werden, der Starter kann hingegen mit Steu¬ ergrößen für eine bevorzugte Startstrategie, beispielsweise einem Start-Stopp-Betrieb, angesteuert werden. Als weitere Alternative kann es auch vorgesehen sein, einen „klassi¬ schen" Normalstart einzuleiten, bei dem der Starter in herkömmlicher Art betrieben wird. Auch kann es vorgesehen sein, bestimmte Starterdrehmomente vorzugegeben.
Im nachfolgenden Schritt 130 werden die Steuergrößen an die Komponenten ausgegeben, wonach im Schritt 140 der Start erfolgt, wobei dann im Schritt 70 überprüft wird, ob der
Start erfolgreich war.
Für den Fall, dass die Brennkraftmaschine nicht startet, wird vom Schritt 70 in den Schritt 120 zurückverzweigt und ein erneuter Startversuch unternommen. Nach wiederholtem Startversagen kann es auch vorgesehen sein, geeignete Fehlerreaktionen einzuleiten. Figur 2 zeigt im Detail die Schritte nach Start der Brennkraftmaschine. Wie bereits unter Figur 1 beschreiben, werden im Schritt 40 Steuerwerte gemäß der Startstrategie ausgele¬ sen und im Schritt 50 an Komponenten 300 der Brennkraftmaschine bzw. dem Starter 700 ausgegeben, wobei dann im Schritt 60 (in Figur 2 nicht gezeigt) ein Start erfolgt.
Nach Startbeginn werden im Wesentlichen unabhängig von den übrigen Schritten in ei¬ nem Schritt 220 Betriebsparameter beispielsweise kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen eingelesen, so dass ggf. ein zeitlicher Verlauf relevanter Betriebsparameter ermittelt werden kann.
Nach Startbeginn wird im Schritt 70 anhand der im Schritt 220 ermittelten Betriebspara¬ meter überprüft, ob ein Motorhochlauf gemäß der vorgegebenen Startstrategie vorliegt. Weichen die ermittelten Betriebsparameter von den gemäß Startstrategie erwarteten Be¬ triebsparameter ab, werden im Schritt 200 die Steuerwerte so angepasst, dass der ge- wünschte Motorhochlauf erreicht wird. Die neuen Steuerwerte werden im Schritt 50 an die Komponenten 300 ausgegeben, ggf. abgespeichert und der Erfolg der Anpassungen im Schritt 70 überprüft, und bei erneuten Abweichungen wieder in den Schritt 200 ver¬ zweigt.
In Figur 3 ist mit gestrichelter Umrandung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Steuerung einer Brennkraftmaschine 500, Komponenten 300 und einem Starter 700 dar¬ gestellt. Die Vorrichtung 1, vorzugsweise ein Steuergerät, umfasst ein Berechnungsmittel 410, ein Erfassungsmittel 420, und im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kontrollmit¬ tel 430 und ein Speichermittel 440.
Das Erfassungsmittel 420, vorzugsweise ein Empfänger, Analog-Digital- Wandler oder ähnliches, erfasst beispielsweise über Sensoren, die vorzugsweise außerhalb der Vorrich¬ tung liegen, Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und leitet entsprechende Signale an das Berechnungsmittel 410 und das Kontrollmittel 430 weiter.
Das Berechnungsmittel 410, vorzugsweise ein Mikroprozessor oder allgemein eine Re¬ cheneinheit, berechnet oder ermittelt in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparame¬ ter eine für einen Start der Brennkraftmaschine geeignete Startstrategie und legt Steuer¬ größen so fest, dass der Motorhochlauf gemäß der gewünschten Startstrategie erfolgt. Die Steuergrößen und ggf. die Startstrategie werden an das Kontrollmittel 430 weiter gege¬ ben.
Das Kontrollmittel 430 kann beispielsweise als separate Einheit aufgebaut sein oder auch Teil der Funktionalität des Berechnungsmittels 410 sein. Über das Kontrollmittel 430 und ggf. weitere Funktionsmodule werden Komponenten 300 der Brennkraftmaschine 500 und der Starter 700 mit den festgelegten Steuergrößen angesteuert. Ist keine Kontrolle vorgesehen, können die Steuergrößen auch direkt von dem Berechnungsmittel 410 weiter gegeben werden.
Das Kontrollmittel 430 überwacht anhand erfasster Betriebsparameter, ob der Motor¬ hochlauf beim Start der vorgegebenen Startstrategie entspricht. Weicht der Motorhoch¬ laufbzw, bestimmte Betriebsparameter von den für die Startstrategie erwarteten Parame¬ ter ab, passt das Kontrollmittel 430 die Steuergrößen entsprechend an, um einen optima- len Motorhochlauf gemäß gewünschter Startstrategie zu erreichen. Die angepassten bzw. adaptierten Steuergrößen werden in einem Speichermittel 440 abgespeichert, so dass bei einem erneuten Start mit entsprechend Startstrategie bereits angepasste Werte zur Verfü¬ gung stehen.
Zur Ausgabe der Steuergrößen gemäß der Startstrategie können die Steuergrößen in ei¬ nem Speichermittel 440 - beispielsweise in Kennfeldern, -linien, speziellen Wertetabel¬ len, Speichereinheiten eines neuronalen Netzes oder anderen Speichereinheiten - abgelegt sein, und auch adaptiv erlernt werden, so dass stets ein zeit-, Verbrauchs- und emissions- optimierter Start erreicht wird.
Abhängig von den Betriebsparametern wird jeweils die optimale Startstrategie und ent¬ sprechende Steuergrößen ermittelt und festgelegt, um optimale Startbedingungen für die Brennkraftmaschine zu erreichen. Treten trotz der vorgewählten Steuergrößen dennoch nicht optimale Betriebszustände ein, beispielsweise Motorvibrationen, werden beispiels- weise in einem Start-Stopp Betrieb für den nächsten Start die Steuergrößen so gewählt, dass ein erneutes Auftreten dieser Effekte verhindert wird. Es muss jedoch dann gesichert sein, dass durch die Neuwahl der nun nicht optimal gewählten Vorsteuerungsgrößen, dennoch eine 100%-ige Startzuverlässigkeit erreicht wird, ggf. sind die Vorsteuerungs¬ werte auch anzupassen. Alternativ kann auch auf Betrieb mit klassischem Starterstart (= längeres Durchdrehen des Starters) umgeschaltet werden. Gleiches gilt nach einem Startabbruch bzw. einem er¬ folglosen Startversuch während eines Start-Stopp-Betriebes.
Sind allgemein die Bedingungen für einen erfolgreichen „Starterunterstützten Direktstart" beispielsweise nach der Abfrage der Umgebungsbedingungen im Motor vor dem Start für den betreffenden Startzylinder nicht vollständig erfüllt, z.B. im Falle, dass die Kolbenpo¬ sition des Startzylinders nicht optimal ist, so kann auch mittels Starterdurchdrehen, der in der Zündfolge nachfolgende Zylinder aus dem Ansaug- in den Kompressionstakt über- führt und die Startroutine an diesem Zylinder durchgeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Steuergerät mit darin programmierten Mo¬ torsteuerungsfunktionen erlaubt es, Einspritz- und Zündimpulse getrennt voneinander und zu beliebigen Zeitpunkten bzw. Kurbelwellenwinkeln auszugeben. Es erlaubt weiterhin, eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen Starter oder Starter-Generator, zeitva¬ riabel bzw. variabel über den Nocken- bzw. Kurbelwellenwinkel, anzusteuern. Ebenso er¬ laubt es, bei Systemen mit variabler Verdichtung bzw. Ventilsteuerung, das Verdich¬ tungsverhältnis, bzw. die Phasen- und Hublage der Ein- und Auslassventile während des Startvorganges zu variieren.
Bei Systemen mit variabler Ventilsteuerung kann darüber hinaus durch das Verstellen der Ventilsteuerzeiten für Einlass- und Auslassnockenwelle entweder der Füllungsgrad in der Verdichtungsphase bzw. das abgegebene Motormoment gesteuert werden. In der Ver¬ dichtungsphase kann z.B. durch ein späteres oder auch früheres Schließen des Einlass- ventils der Füllungsgrad im Kompressionszylinder abhängig von den Umgebungsbedin¬ gungen im Motor verändert werden.
Im Hinblick auf eine Regelung des abgegebenen Motormomentes in Bezug auf Vermei¬ dung von Motorvibrationen beim Start, kann ein Teil der Verbrennungsenergie z.B. durch ein früheres Öffnen des Auslassventils in den Auslasskanal abgegeben werden, um so das
Motormoment effektiv zu reduzieren. Umgekehrt kann die Steuerzeit der Auslassno¬ ckenwelle auch in Richtung: „Auslassventil öffnet spät" verändert werden, um das Verbrennungsmoment über einen größeren Kurbelwellen- Winkelbereich ausnutzen zu können. Eine mögliche Startstrategie kann beispielsweise einen speziellen Regelungsalgorithmus vorsehen und so z.B. anhand des Verdichtungsverhältnisses und/oder der Ventilsteuerzei¬ ten, der im Zylinder eingeschlossenen Luftmasse und der Starterdrehzahl, der Tempera¬ turverlauf während der Verdichtungsphase vorhersagen oder simulieren. Danach können die Ausgangsgrößen des Regelalgorithmus bzw. die Steuerwerte so gestellt werden, dass eine für die Selbstentzündung kritische Temperatur nicht überschritten wird.
Bei Systemen mit variabler Verdichtung kann zusätzlich während des Verdichtungs- und Verbrennungsvorganges das Verdichtungsverhältnis variiert werden, um so die Verdich- tungstemperatur und den Verdichtungsdruck zu steuern. Erkennt man, z.B. anhand eines
Temperatur- oder Brennraumdrucksensors, dass die Verdichtungstemperatur bzw. der Verdichtungsdruck zu hoch ist, wird die Verdichtung des Motors verringert (=Expansion des Zylinders zu größerem Hubraum). Ist umgekehrt die Verdichtungstemperatur bzw. der Verdichtungsdruck für eine optimale Gemischaufbereitung zu niedrig, wird das Ver- dichtungsverhältnis des Motors erhöht.
Beim erfindungsgemäßen Vorgehen, wird das Problem der Selbstentzündung bei hohen Motortemperaturen durch gezielte Abstimmung von Kompression, Einspritzung und Zündung verhindert. Durch gemeinsame Optimierung von Starteransteuerung und Verbrennung, bietet diese Startvariante zusätzlich ein großes Potenzial zur Startzeitver¬ kürzung.
Das erfindungsgemäße Vorgehen erlaubt es, die Startstrategie bzw. den Motorhochlauf im Wesentlichen auf zwei Prinzipien zu stützen: Einer leistungsoptimierten und dement- sprechend drehmomentenoptimierten Ansteuerung eines Starters, als startunterstützende bzw. -vorbereitende Maßnahme, und einer optimalen Steuerung bzw. Regelung der ersten Verbrennungen bis zum Erreichen der Soll-Leerlaufdrehzahl.
Die vorgeschaltete Ansteuerung eines Starters 700 als startunterstützende Maßnahme er- folgt in der Weise, dass im ersten OT-Durchgang ein Drehzahloptimum von der Starter¬ drehzahl für die darauffolgende Verbrennung erreicht wird. Dies kann zum einem bedeu¬ ten, dass der Starter 700 abhängig von der Kolbenposition im Kompressionstakt beim Start derart leistungsgesteuert wird, dass im OT-Durchgang z.B. die größtmögliche Mo¬ tordrehzahl (=kinetische Energie bzw. Drehmoment) erreicht wird. Zum anderen kann die Ansteuerung des Starters jedoch auch derart erfolgen, dass wäh¬ rend der Kompressionsphase anhand der Starterdrehzahl ein Optimum in der Gemisch¬ aufbereitungszeit für die darauffolgende Verbrennung geschaffen wird. Soll heißen, dass z.B. abhängig von der Kraftstoffqualität, der Motor-, Kühlwasser-, Öltemperatur; Ver- dichtung des Motors, etc., die Starterdrehzahl bzw. die daraus resultierenden Kolbenge¬ schwindigkeit, derart gesteuert wird, dass sich in der Kompressionsphase im Zylinder ein möglichst homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch ausbildet, welches anschließend gezündet wird.
Durch gezielte Überwachung der Brennraumtemperatur mittels beispielsweise eines
Temperatursensors oder auch eines Druckverlaufs eines Brennraumdrucksensors, kann so z.B. auch die Verdichtungstemperatur unterhalb der für eine Selbstentzündung kritischen Temperatur gehalten werden, indem gezielt Wandwärmeverluste an die Zylinderwand während der Verdichtung zugelassen werden.
In beiden Varianten liefert der Starter also ein Anfangs-Drehmoment, zu welchem sich anschließend das durch die erste Verbrennung erzeugte Verbrennungsmoment zu einem Gesamt-Motormoment addiert. Hieraus resultiert letztendlich der Drehzahlanstieg beim Motorhochlauf. Der Starter wird zusätzlich, abhängig von der Startposition, nur solange entweder winkel- oder zeitbasiert angesteuert, wie es notwendig ist, um beim Überstrei¬ chen des OT die vordefinierte Drehzahl sicherzustellen. D.h. der Starter wird aktiv so früh als möglich wieder abgeworfen, um unnötige Bordnetzbelastungen bzw. auch Start¬ geräusche zu vermeiden.
Durch dieses Zusammenspiel von optimiertem Starter- und Verbrennungsmoment, wie auch optimaler Starteransteuerung, wird eine sehr kurze Startzeit erreicht, was dieses Sys¬ tem sowohl für ein Start-Stopp-System, als auch allgemein zum schnelleren Starten eines Motors besonders attraktiv macht und gleichzeitig ein deutliches Plus an Komfort dar¬ stellt.
Durch die Beeinflussung des Starterdrehmoments beim Start und auch während des Mo¬ torhochlaufs ist es möglich, insbesondere die Kolbengeschwindigkeit und - geschwindigkeitsgradienten zu steuern, wodurch sich eine Vielzahl von Einflussmöglich¬ keiten ergeben. Wie beschrieben ist es so möglich ein gute Gemischaufbereitung im Hinblick auf einen vorteilhaften Lambdawert während der Kompressions- oder Ansaugphase zu erreichen.
Durch geeignete Anpassung des Drehmoments ist es möglich, die Belastung des Bordnet- zes während des Motorhochlaufs gering zu halten. Insbesondere kann bereits vor einem
Start der Brennkraftmaschine die zu erwartende Bordnetzbelastung abgeschätzt und die Leistungsaufnahme des Starters und dementsprechend das Starterdrehmoment so ange- passt werden, dass während des Startens und des Motorhochlaufs die Bordnetzspannung einen kritischen Wert bzw. definierten Schwellenwert nicht unterschreitet.
Durch Anpassen der Kolbengeschwindigkeit ist es möglich bestimmte Brennraumdrücke, Zylinderwand- oder Brennraumtemperaturen zu erreichen, bzw. deren zeitliche Verläufe zu beeinflussen. Liegt zum Beispiel die Motortemperatur unter einer definierten Tempe¬ raturschwelle, beispielsweise beim einem Kaltstart bei tiefen Temperaturen, würde bei einem herkömmlichen Starter mit herkömmlichen Starterdrehzahlen die für eine ge¬ wünschte Gemischaufbereitung notwendige Brennraumtemperatur nicht erreicht werden, da zuviel Wärme an die Zylinderwände abgeführt wird. Durch ein erfindungsgemäßes Vorgehen ist es jedoch möglich das Drehmoment des Starters, beispielsweise über eine Leistungssteuerung, gezielt so zu erhöhen, dass durch die sich einstellende Kolbenge- schwindigkeit die Verdichtung so schnell ist, dass der Wärmeabfluss über die Zylinder¬ wände sich verringert und der Motor die notwendige Brennraumtemperatur schneller er¬ reicht.
Durch die Anpassung des Starterdrehmoments ist es auch möglich, bestimmte Betriebs- bedingungen, die eine Selbstentzündung des eingeschlossenen Luft-Kraftstoff-Gemisches auslösen, zu vermeiden. Überschreitet beispielsweise die Motortemperatur eine bestimm¬ te Temperaturschwelle, bei der bei einem herkömmlichen Startverfahren die Gefahr einer Selbstentzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches besteht, erlaubt das erfindungsgemäße Vorgehen den Verdichtungsvorgang zu verlangsamen, so dass ein Teil der Kompressi- onswärme über die Zylinderwände abgeführt wird, womit ein Überschreiten kritischer
Temperaturen und einer Gefahr der Selbstentzündung vermieden werden kann.
Darüber hinaus kann die Temperatur und der Druck im Brennraum über geeignete Senso¬ ren überwacht werden und das Starter- und/oder Verbrennungsdrehmoment bzw. der Mo- torhochlauf zur Erreichung bestimmter Betriebszustände angepasst, gesteuert oder gere¬ gelt werden.
Weiterhin lassen sich bestimmte Polytropenexponenten erreichen.
Starterdrehzahl und -drehzahlgradienten können gezielt eingestellt werden und erlauben so, möglichst kurze oder definierte Startzeiten zu erreichen.
Weiterhin ist es denkbar, den Starter nur für definierte Zeit- oder Winkelintervalle anzu- steuern.
Weiterhin ist es möglich, den Starter nicht nur über einen sogenannten Drehzahlabwurf, sondern auch gezielt zu bestimmten Zeitpunkten oder Winkelpositionen zu deaktivieren.
Auch kann es vorgesehen sein, mit Hilfe des Starters das Fahrzeug in Bewegung zu ver¬ setzen und ggf. parallel die Brennkraftmaschine zu starten.
Auch kann das Fahrzeug mit Hilfe des Starters abgebremst oder im Sinne einer elektri¬ schen Parkbremse im Stillstand gehalten werden.
Weitere Möglichkeiten ergeben sich, wenn zusätzlich zum Starterdrehmoment auch das Verbrennungsdrehmoment beim Start beeinflusst wird.
Als Startzylinder für die erste Verbrennung wird ebenso der Zylinder im Kompressions¬ takt verwendet, der vor dem Start beispielsweise mittels eines Absolutwinkelsensors an der Kurbelwelle identifiziert wird.
Wie beschrieben ist es auch vorgesehen, nicht primär vor oder während der Verdich¬ tungsphase in den Kompressionszylinder, sondern erst nach dem Überstreichen des obe¬ ren Totpunkts, also wenn sich der Kolben bereits in der Expansionsphase des Arbeitstak- tes befindet, Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen und anschließend das Luft-
Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Hierdurch lässt sich beispielsweise in vorteilhafter Weise störende Selbstentzündungen in der Kompressionsphase vermeiden.
Der Ablauf von Einspritzung und Zündung kann dabei sowohl zeit-, als auch winkelba- siert erfolgen. Dieses Startverfahren kann zusätzlich auch auf den zweiten und weiteren in der Zündfolge folgenden Verbrennungsvorgänge angewandt werden, um einen zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierten Start realisieren zu können.
D.h., die Startroutine, wie sie in Figur 1 bzw. 2 dargestellt ist, regelt z.B. anhand des Drehzahl-, oder auch Drehzahlgradientenverlaufs der vorhergehenden Verbrennung je¬ weils die Parameter (Einspritzzeitpunkt, -menge, Zündzeitpunkt) für die nachfolgende Verbrennung, um einen zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierten Start zu erreichen.
Durch die gezielte Abstimmung des Motormomentes (z.B. geringere eingespritzte Kraft- stoffmenge, späterer Zündzeitpunkt) können darüber hinaus auch Motorvibrationen, wel¬ che eventuell durch die ersten Verbrennungen (= Vollastverdichtungen bzw. - Verbrennungen) auftreten und sich z.B. störend auf den Fahrzeuginnenraum übertragen können (=Komforteinbuße), minimiert bzw. verhindert werden.
Nicht zuletzt kann dadurch aber auch ein Überschwinger in der Drehzahl über die Soll-
Leerlaufdrehzahl, wie er derzeit meist beim Startvorgang eintritt, reduziert werden, so dass der Motor schneller seinen gewünschten Betriebszustand erreicht. Ein schnelles Er¬ reichen des gewünschten Betriebszustandes des Motors ist im Start-Stopp-Betrieb essen¬ tiell für ein schnelles Losfahren nach einem z.B. Ampelstopp.
Zusätzlich wirkt sich ein reduzierter Überschwinger in der Drehzahl auch auf das Startge¬ räusch des Motors aus. Ein „Aufheulen" des Motors durch eine überhöhte Drehzahl beim Start wird somit wirksam unterdrückt.
Alternativ können die Einspritz- und Zündimpulse abhängig von den oben erwähnten
Eingangsgrößen bzw. Betriebsparameter jedoch auch vor oder während der Kompressi¬ onsphase, d.h. noch vor Erreichen des oberen Totpunkts, erfolgen. Dabei muss jedoch anhand der Eingangsgrößen (z.B. Motor-, Kühlwasser-, Öl-, Ansauglufttemperatur, etc.) gewährleistet sein, dass eventuelle Selbstentzündungseffekte sicher ausgeschlossen wer- den können.
Dies kann, wie oben beschrieben, z.B. durch gezielte Ansteuerung des Starters erreicht werden, beispielsweise indem man die Verdichtungstemperatur überwacht und durch ge¬ zielte Wandwärmeverluste an die Zylinderwand diese unter eine für die Selbstentzündung kritische Temperaturschwelle hält. Eine weitere Alternative ist, wie beschrieben, eine erhöhte Einspritzmenge (-Anfettung) für die ersten Verbrennungen, da so die in den Zylindern eingeschlossene Luft stärker ab¬ gekühlt wird (höhere Verdampfungsenthalpie), und so die Temperatur im Brennraum un- ter die Selbstentzündungstemperatur gebracht werden kann.
Darüber hinaus ist die Erfindung auch für ein Start-Stopp-System bei Fahrzeugen mit Saugrohreinspritzung (SRE) geeignet und kann hier auch für den Kaltstart angewendet werden. Die Einspritzimpulse müssen hierbei für die einzelnen Zylinder während des Saugtaktes bei geöffneten Einlassventilen oder vorgelagert ins Saugrohr bei noch ge¬ schlossenen Einlassventilen erfolgen. Somit kann auch bei diesen Systemen sowohl beim Heißstart, während des z.B. Start-Stopp-Betriebes, wie auch beim Kaltstart die Startzeit deutlich verkürzt und der Motorhochlauf zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimiert ges¬ taltet werden.
Der Starter muss, aufgrund der auf den Saugtakt beschränkten Einspritzmöglichkeiten, in beiden Anwendungen jedoch länger angesteuert werden als bei Systemen mit Direktein¬ spritzung. Auch hier kann man jedoch ein Optimum der Starteransteuerung finden.
Steht der Kolben des Startzylinders im Saugtakt, z.B. nahe am oberen Totpunkt bei ge¬ öffneten Einlassventilen, wird bereits aus diesem Zylinder gestartet. Einspritz- und Zünd- Timing können auch hier frei gewählt werden. Jedoch muss abhängig von den im Motor herrschenden Randbedingungen (wie z.B. Raildruck, Kraftstofftemperatur, etc.) bei der Wahl des Einspritzzeitpunktes darauf geachtet werden, dass bei durchdrehendem Starter die für die im Zylinder angesaugte Luftmasse, z.B. für eine stöchiometrische Verbren¬ nung benötigte Kraftstoffmenge, noch vor dem Schließen der Einlassventile, vollständig in den Zylinder eingespritzt werden kann.
Der Starter muss hierzu, ausgehend von einer Startposition nahe der OT-Lage, um min- destens eine Kurbelwellenumdrehung (3600KW) angesteuert werden, bis der Startzylin¬ der seinen Verdichtungstakt abgeschlossen hat und sich im Arbeitstakt befindet.
Steht der Zylinder im Saugtakt nahe am unteren Totpunkt (UT) bzw. kurz vor Ende des Saugtaktes (=Einlass schließt), so dass zum einen die Zeit zum Absetzen der notwendigen Kraftstoffmenge vor „Einlass schließt" nicht ausreichen sollte und auch keine nennens- werte Turbulenz durch die angesaugte Luft im Zylinder mehr entsteht, wird zum Vorteil einer besseren Gemischaufbereitung auf den in der Zündfolge nachfolgenden Zylinder als Startzylinder ausgewichen. Dieser muss dann zunächst aus seinem Ausstoßtakt in den Saugtakt überführt werden, was eine Ansteuerung des Starters um einen Winkel oder ei- ner Zeit von mehr als einer Kurbelwellenumdrehung (>360°KW) zur Folge hätte.
Im Idealfall, wenn der Startzylinder in einer mittleren Position im Saugtakt (ca.90°KW) steht, ergibt sich für die Starteransteuerung ein Winkel bzw. eine Zeit von einer dreivier¬ tel Kurbelwellenumdrehung (ca.270°KW). Die Starteransteuerung ist dann nur geringfü- gig länger als die maximale Ansteuerzeit des Starters von etwa einer halben Kurbelwel¬ lenumdrehung (ca. 1800KW) bei BDE-Systemen mit Einspritzung in den Kompressions¬ takt. Der Starter wird dabei ebenso wie bei den Systemen mit Direkteinspritzung be¬ schrieben angesteuert, um einen zeit-, Verbrauchs- und emissionsoptimierten Start zu er¬ reichen.
Die Gefahr der Selbstentzündung bei hohen Motortemperaturen ist bei SRE-Start-Stopp- Systemen durch z.B. eine erhöhte Einspritzmenge (Anfettung) während des Saugtaktes bzw. kurz vor Öffnen der Einlassventile (EÖ) zu verhindern. Durch eine vorgelagerte Einspritzung ins Saugrohr kurz vor EÖ oder während des Ansaugtaktes wird die Ansaug- luft, die sich während z.B. einer Stopp-Phase im Start-Stopp-Betrieb durch die abgegebe¬ ne Motorwärme und auch durch starke Sonneneinstrahlung übermäßig erhitzt, aufgrund der Verdampfung des flüssigen Kraftstoffes abgekühlt. Somit wird die Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches deutlich abgesenkt und kann bei der anschließenden Verdich¬ tung unter die Temperaturschwelle für Selbstentzündung gehalten werden. Im Start- Stopp-Betrieb würde eine Verschlechterung der Emissionen aufgrund einer erhöhten Ein¬ spritzmenge durch den bereits aufgeheizten Katalysator unschädlich gemacht und wäre somit unproblematisch. Es muss jedoch gewährleistet werden, dass während z.B. einer langen Stopp-Phase, die Temperatur im Katalysator nicht unter die Konvertierungstempe¬ ratur absinkt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (500) bei einem Start, da¬ durch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsmittel (420) vor dem Start der Brennkraftmaschine die Position eines Kolbens eines zuerst in Kompression oder in eine Saugphase gehenden Zylin¬ ders ermittelt, dass ein Berechnungsmittel (410) vor dem Start der Brennkraftmaschine in Abhän¬ gigkeit von dieser Kolbenposition ein Starterdrehmoment vorgibt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungs¬ mittel (410) in Abhängigkeit von der Kolbenposition einen zeitlichen Verlauf des Starterdrehmoments vorgibt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungs- mittel in Abhängigkeit von dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf des Starterdreh¬ moments einen zeitlichen Verlauf eines Verbrennungsdrehmoments festlegt.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungs¬ mittel vor einem Start der Brennkraftmaschine der Brennkraftmaschine Starter- und Verbrennungsdrehmomente für einen bevorzugten Motorhochlauf festlegt, und ein Kontrollmittel (430) nach einem Beginn des Starts der Brennkraftmaschine den Motorhochlauf überwacht und bei Abweichungen vom bevorzugten Motorhoch¬ lauf Starter- und/oder Verbrennungsdrehmomente zur Einhaltung des bevorzugten Motorhochlaufs anpasst.
5. Vorrichtung (1) nach mindestens einen der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Verbrennungsdrehmoment durch Zündungsparameter und/oder Ein¬ spritzparameter festgelegt wird.
6. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (420) über einen Sensor die absolute Win¬ kellage der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vor einem Start der Brennkraftma¬ schine erfasst.
7. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Berechnungsmittel (410) das Starterdrehmoment so vorgibt, dass sich ein in den Zylinder eingebrachter Kraftstoff homogen verteilt.
8. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Berechnungsmittel (410) das Starterdrehmoment so vorgibt, dass eine Selbstentzündung des in den Zylinder eingebrachten Kraftstoffs verhindert wird.
9. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Berechnungsmittel (410) das Starterdrehmoment so vorgibt, dass ein Kolben eines Zylinders in der Kompressionsphase einen oberen Totpunkt durch¬ schreitet das Starterdrehmoment ein lokales Maximum aufweist.
10. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Berechnungsmittel (410) einen Zeitpunkt bzw. Kurbelwel¬ lenwinkel vorgibt, beim dem der Starter abgeworfen wird.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmittel (430) eine Drehzahl überwacht und bei Überschreiten einer Mindestdrehzahl den Starter spätestens in einem oberen Totpunkt eines Kolbens dessen Zylinder sich in eine Kompressionsphase befindet abwirft.
12. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei einem Start, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass vor dem Start der Brennkraftmaschine eine Position eines Kolbens eines zuerst in Kompression oder in eine Saugphase gehenden Zylinders ermittelt wird, und in Abhängigkeit dessen ein Starterdrehmoment vorgegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Kolbenposition ein zeitlicher Verlauf des Starterdrehmoments vorgegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf des Starterdrehmoments Steuergrößen für ei¬ nen zeitlichen Verlauf eines Verbrennungsdrehmoments festlegt werden.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Start der Brennkraftmaschine Starter- und Verbrennungsdrehmomen¬ te für einen bevorzugten Motorhochlauf festgelegt werden, und dass mit Beginn des Starts der Brennkraftmaschine den Motorhochlauf über- wacht wird und dass bei Abweichungen vom bevorzugten Motorhochlauf Starter- und/oder Verbrennungsdrehmomente zur Erreichung des bevorzugten Motorhochlaufs anpasst werden.
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