WO2017102344A1 - Verfahren zum anlasserlosen starten eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2017102344A1
WO2017102344A1 PCT/EP2016/079376 EP2016079376W WO2017102344A1 WO 2017102344 A1 WO2017102344 A1 WO 2017102344A1 EP 2016079376 W EP2016079376 W EP 2016079376W WO 2017102344 A1 WO2017102344 A1 WO 2017102344A1
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Markus Vogelgesang
Jens Lorrmann
Stephan Uhl
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for starting without starting internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a
  • Motor vehicle is a very large number of starting operations in the course of the life of a motor vehicle necessary. When starting the
  • Internal combustion engine starterless that is without an electric motor as a starter for applying a starting torque to the internal combustion engine by means of the electric motor to start.
  • a fuel-air mixture is ignited on a cylinder in a combustion cycle, so that from the piston in the cylinder with the combustion cycle on the crankshaft
  • Crankshaft applied starting torque is to compress air in a cylinder with a compression stroke.
  • the starting torque or the kinetic energy applied by the piston in the combustion stroke to the crankshaft must therefore be sufficiently large to compress the air in the cylinder with the compression stroke until the first ignition dead center (ZOT) and sufficient air must be available in this compression stroke be compressed to the first Zündtotrios, so that in the combustion cycle after the first
  • the initial deflection angle of a built-two-mass flywheel which is heavily frictionally absorb energy in the form of friction and thereby adversely affect the starterless starting of the engine.
  • DE 10 201 1 006 288 A1 discloses a method for starting a combustion engine without starting, in particular in a hybrid drive system. Part of the cylinders of the internal combustion engine are as
  • decompressible cylinders are formed, which are decompressible during a compression stroke with the steps: at an outlet of the
  • Compressing stroke is and upon request of a following on the outlet start of the engine, igniting an air-fuel mixture in a cylinder of the internal combustion engine, which is during the stoppage in a combustion cycle to generate a torque for the start of the engine, wherein the decompressible cylinder which is in the compression stroke decompressed.
  • An internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein one of the cylinders is in a combustion stroke, in which a fuel / air mixture is ignited in a combustion chamber of the first cylinder, while another of the cylinder is in a compression stroke, in which a compression in the further cylinder located air, wherein an inlet valve and / or an outlet valve of the cylinder located in the compression stroke be controlled so that they are open for a period of time from the beginning of the compression stroke.
  • Internal combustion engine by a fuel-air mixture is ignited during a standstill of the crankshaft of the internal combustion engine in a cylinder in a combustion cycle, so that from the piston in the cylinder in the combustion cycle on the crankshaft, a starting torque is applied, during the starterless starting of the internal combustion engine mechanical coupling of at least one auxiliary unit is interrupted with the crankshaft, so that the necessary starting torque is reduced and after the completion of the starting process and / or after reaching a certain kinetic energy of the moving components of the
  • Mass moment of inertia is thus about 20% and the engine friction is reduced by about 30%.
  • Mass moment of inertia is thus about 20% and the engine friction is reduced by about 30%.
  • the cylinder with the compression stroke thereby more air can be compressed during the execution of the combustion cycle, so that thereby a larger torque can be applied to the crankshaft in the next combustion cycle.
  • the starting of the internal combustion engine without a starter as an electric motor can thereby be substantially facilitated and even in internal combustion engines with a smaller number of cylinders, for example three or two cylinders, so that a start-up of the internal combustion engine without problems is possible.
  • the auxiliary unit is thus again advantageously available in its function.
  • the interruption of the mechanical coupling of the at least one auxiliary unit to the crankshaft is carried out from below a predetermined interruption speed.
  • the predetermined interruption speed is smaller, in particular between 50 and 200 rpm, smaller than the idle speed of the internal combustion engine.
  • Breaking speed also be zero.
  • the recovery speed differs less than 50 to 200 rpm from the idling speed of the internal combustion engine. With the approximate reaching of the idle speed, the engine is back in normal operation and it is the starterless starting process
  • the interruption and / or the restoration of the mechanical coupling of the at least one accessory to the crankshaft is expediently carried out on the basis of centrifugal force.
  • the interruption and / or the restoration of the mechanical coupling of the at least one accessory to the crankshaft is expediently carried out on the basis of centrifugal force.
  • the at least one ancillary unit is a generator or an alternator and / or an air-conditioning compressor and / or the
  • another cylinder is in a compression stroke, in which compression of air in the further cylinder takes place, wherein an inlet valve and / or or an exhaust valve of the cylinder located in the compression stroke are controlled so that they are at least temporarily open during the compression stroke, so that during the open intake valve and / or exhaust valve in the cylinder in the compression stroke no compression is performed.
  • Combustion cycle takes place in the compression stroke, the compression of air in the other cylinder in the compression stroke.
  • the starting torque or the kinetic energy of the starting torque is usually not sufficient to perform a complete compression stroke with a closed inlet valve and exhaust valve during the entire
  • Compression stroke that is, moving the piston in the cylinder in the compression stroke from a bottom dead center to a top dead center as a Zündtotrios.
  • the inlet and / or exhaust valve temporarily open, so that during the open intake valve and / or exhaust valve, no compression is performed in the cylinder and thereby less compression energy is needed ,
  • the inlet valve and / or outlet valve are opened during a period of time from the beginning of the compression stroke.
  • the opening keeping of the intake valve and / or exhaust valve thus takes place from the beginning of the bottom dead center of the piston.
  • the duration of opening of the intake valve and / or exhaust valve is controlled and / or regulated to such an extent that the starting torque provided by the cylinder in the combustion stroke is sufficient to compress the amount of air after closing the intake valve and / or the
  • Exhaust valve remains in the cylinder located in the compression stroke.
  • the starting torque is calculated by a control and / or regulating unit and / or detected by a sensor, for example by the
  • the rotational angular velocity of the crankshaft is detected and depending on the kinetic energy in the internal combustion engine after the application of the starting torque or during the application of the starting torque to the crankshaft, the duration of the opening of the intake valve and / or
  • the invention further includes a computer program having program code means stored on a computer readable medium for performing a method described in this patent application when the computer program is run on a computer or equivalent computer
  • Arithmetic unit and / or control and / or regulating unit is performed.
  • a component of the invention is also a computer program product with program code means which are stored on a computer-readable medium in order to carry out a method described in this patent application when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit and / or control and / or regulating unit.
  • the internal combustion engine system for a motor vehicle, comprising an internal combustion engine, at least one auxiliary unit driven by the internal combustion engine, at least one coupling device for the mechanical coupling of the at least one auxiliary unit to the crankshaft of the internal combustion engine, wherein the at least one
  • Coupling device depending on a decoupling means for temporary mechanical interruption of the mechanical coupling of the at least one
  • Ancillary units with the crankshaft includes.
  • the at least one decoupling means is a centrifugal clutch and / or an actuator, in particular an actuating electric motor.
  • a method described in this patent application can be executed with the internal combustion engine system.
  • the internal combustion engine comprises means for opening and closing an intake valve and / or exhaust valve on a cylinder during a compression stroke for starting the engine without starting irrespective of the rotational angle position of the engine
  • Crankshaft and / or the internal combustion engine system comprises means for controlling and / or regulating the rotational angle position of the crankshaft after the end of the shutdown of the internal combustion engine, so that the angular position of the crankshaft of the deactivated internal combustion engine is controllable and / or controllable and / or the internal combustion engine system comprises an electric machine and thus the internal combustion engine system in addition
  • Hybrid drive system forms.
  • the opening and closing of the intake valve and / or exhaust valve is usually carried out by means of a camshaft.
  • a camshaft for example, a camshaft having a camshaft that is a camshaft that is a camshaft that is a camshaft.
  • Inlet valve phaser present and on an exhaust valve camshaft Auslassventilphasensteller.
  • Exhaust valve phasers are, for example, hydraulically or electrically controlled and / or controlled.
  • a hydraulic control for example, an additional oil pump is required for the required oil pressure.
  • the inlet valve and / or outlet valve can also be opened and / or closed by, preferably electric and / or electronic, actuators. This is an opening and closing of the
  • crankshaft Independently of the rotational angle position of the crankshaft, and thus such actuators constitute a means for opening and / or closing the intake valve and / or the exhaust valve.
  • the starting torque or torque applied to the crankshaft by the piston in the cylinder in the combustion cycle The starting kinetic energy depends on the angular position of the crankshaft. In general, a maximum starting torque or a maximum kinetic starting energy may be applied to the crankshaft, provided that in a four-cylinder engine, the crankshaft is in an angular position 90 ° after the ignition dead center than the top dead center of the piston in the cylinder in the combustion stroke during standstill the crankshaft is located. For this reason, with the device, a control and / or regulation of the rotational angle position of the crankshaft after the end of the switching off of the internal combustion engine, that is, during the standstill of the crankshaft, are executed.
  • the starting torque or torque applied to the crankshaft by the piston in the cylinder in the combustion cycle The starting kinetic energy depends on the
  • Rotation angle position is thus set during shutdown to the effect that when starting the engine without starting from the piston as large a starting torque or the largest possible kinetic starting energy can be applied to the crankshaft.
  • the device is for example as an air damper in an inlet channel of
  • the device can also be designed as a mechanical friction brake actuated by an actuator.
  • the internal combustion engine system comprises a sensor for detecting the rotational angle position of the crankshaft and in
  • Fig. 2 is a schematic representation of a cylinder and piston of an internal combustion engine
  • Fig. 3 is a flowchart of a starterless starting a
  • FIG. 1 internal combustion engine 1 comprises four pistons 5 and four cylinders 4.
  • a cylinder 4 and a piston 5 is shown in each case.
  • a rotational movement of a crankshaft 6 due to a connection of the piston 5 with a connecting rod with the crankshaft 6 causes an oscillating translational movement of the piston 5 in the cylinder 4 between a top dead center and a bottom dead center.
  • combustion chamber 1 1 opens an inlet channel 7 for the intake of air from the environment and an outlet channel 8 for discharging the
  • the inlet channel 7 can be opened and closed with an inlet valve 9 and the outlet channel 8 can be opened and closed with an outlet valve 10.
  • the inlet valve 9 and the outlet valve 10 are each moved or opened and closed by a means 12 for opening the inlet and outlet valves 9, 10.
  • a spark plug 13 serves to ignite a fuel-air mixture in the
  • Combustion chamber 1 1 and an injection member 14 is used for injecting fuel into the combustion chamber 1 1.
  • the internal combustion engine 1 is a four-stroke engine designed so that in an intake stroke of the internal combustion engine 1 at an open inlet valve 9 and a movement of the piston 5 from a top dead center to a bottom dead center through the inlet channel 7 air from the environment is sucked into the combustion chamber 1 1.
  • a closing of the intake valve 9 so that in a further movement of the piston 5 from a bottom dead center to a top dead center as a Zündtotrios a compression stroke is performed and the air in the combustion chamber 1 1 is compressed.
  • Zündtotrios takes place a combustion cycle of the cylinder 4 in a movement of the piston from the Zündtot Vietnamese to the bottom dead center and thereby takes place at the beginning of the combustion cycle only an injection of fuel into the combustion chamber 1 1 with the injection member 14 and then igniting the fuel-air mixture with the Spark plug 13.
  • a movement of the piston 5 from the bottom dead center to a top dead center in an exhaust stroke and during this takes place
  • the exhaust valve 1 1 is opened, so that the fuel gases are discharged in the combustion chamber 1 1 through the outlet channel 8 into the environment.
  • an engine system 2 is shown as a hybrid drive system 3.
  • the hybrid drive system 3 includes besides the engine
  • the electric machine 19 for driving or traction of a motor vehicle not only the internal combustion engine 1, but also the electric machine 19 can be used as an electric motor. In a recuperation operation of the motor vehicle, the electric machine 19 can also be used as a generator for charging a battery 15.
  • the crankshaft 6 of the internal combustion engine 1 is provided with a first
  • Coupled connection shaft 20 and the first connection shaft 20 is connected to the electric machine 19, that is, a rotor, not shown
  • Electric machine 19 mechanically connected.
  • the electric machine 19 also includes a stator (not shown).
  • the mechanical coupling between the internal combustion engine 1 and the electric machine 19 can be canceled and restored by means of a first clutch 21.
  • the rotor of the electric machine 19 or the electric machine 19 is provided with a second
  • Differential gear 24 can be canceled and restored by means of a second clutch 23.
  • the differential gear 24 is connected to two shafts 26 and to the shafts 26 each have a drive wheel 25 is fixed, so that by means of the torque applied by the second connecting shaft 22 to the differential gear 24, a drive wheel 25 can be driven.
  • the hybrid drive system 3 also comprises two ancillary units 28, that is to say an air-conditioning compressor 29 and a generator 30.
  • the ancillary units 28 are each provided with a mechanical coupling device 31, for example a belt or a gearwheel 27 on the first
  • Internal combustion engine 1 can be interrupted and restored with a decoupling means 34.
  • the air compressor 29, the accessory shaft 33 to the air compressor 29 and the gear 32 to the accessory shaft 33 are movable radially to the first connecting shaft 20 and the gear 27 by means of an actuator 36 as an actuating electric motor 37.
  • an actuator 36 as an actuating electric motor 37.
  • the gear 32 and the air compressor 29 are moved by the adjusting electric motor 37 in the position shown in FIG. 1, so that the gear 32 on the accessory shaft 33 of the air compressor 29 with the Teeth of the gear 27 meshes.
  • the gear 32 is moved in the radial direction again to the gear 27 on the first connecting shaft 20 so that the teeth on the gear 32 with the teeth (not shown) on the gear 27 mesh.
  • Generator 30 and alternator 30 is a centrifugal clutch 35 installed.
  • the internal combustion engine 1 has an idling speed of 1,000 rpm. When falling below the speed of the crankshaft 6 and the first
  • Connecting shaft 20 of a predetermined interruption speed of 900 U / min is carried out by the centrifugal clutch 35, an automatic interruption of the mechanical coupling between the engine 1 and the Generator 30. From exceeding a predetermined
  • Recovery speed of 900 rpm after performing a starterless start of the internal combustion engine 1 is of the
  • Centrifugal clutch 35 an independent or automatic recovery of the mechanical coupling of the generator 30 to the internal combustion engine 1 executed.
  • the decoupling means 34 is thus the actuator 36 and the
  • Crankshaft 6 a speed of 1,000 rev / min or a greater speed, for example, of 3,000 U / min while driving a motor vehicle, not shown, on.
  • a shutdown of the internal combustion engine 1 is
  • Drive torque from the engine 1 is necessary. Even with an exclusive drive of the motor vehicle with the electric machine 19, a drive torque from the internal combustion engine 1 is not required.
  • the first clutch 21 is disengaged and the second clutch 23 is engaged.
  • a sensor detects the angular position of the
  • Angular position of the crankshaft 6 is thereby controlled as possible and / or regulated that the piston 5 in a cylinder 4 for the
  • Combustion cycle when starting without starting the internal combustion engine 1 is substantially between the top and bottom dead center, that is, the crankshaft 6 with respect to this piston 5 starting from the top Zündtot Vietnamese an angular position of about 90 °.
  • an injection 40 of fuel is carried into the combustion chamber 11 with the cylinder 4 in the combustion cycle, and then an ignition 41 of the fuel-air mixture in the cylinder 4 takes place in the combustion cycle.
  • an ignition 41 of the fuel-air mixture in the cylinder 4 takes place in the combustion cycle.
  • Fuel-air mixture in the cylinder 4 in the combustion stroke is another cylinder 4 in the compression stroke. Due to the ignition of the fuel-air mixture in the cylinder 4 in the combustion cycle, an application 42 of a starting torque to the crankshaft 6, so that thereby the crankshaft 6 is set in a rotational movement and thus the internal combustion engine 1, in particular the crankshaft 6, a kinetic
  • Exhaust valve 10 is only interrupted when in the combustion chamber 1 1 only so much air is present or such a volume in the combustion chamber 1 1 is present that by means of a closing 44 of the exhaust valve 10 and the existing kinetic energy compression of the air can be achieved in the cylinder 4 to Zündtot Vietnamese as the upper Zündtot Vietnamese. Due to the passing of the Zündtot Vietnameses in an existing Rotational angular velocity of the crankshaft 6 can thus be carried out a further ignition 45 of the fuel-air mixture in this cylinder 4.
  • Ignition operations in the internal combustion engine 1 are repeated, so that starting from a certain speed of, for example, 200 rpm no opening of the intake valve 9 and / or the exhaust valve 10 in a cylinder 4 during a compression stroke is more necessary because sufficient kinetic energy due the angular velocity of the crankshaft 6 is present.
  • the rotational speed of the crankshaft 6 increases and from reaching 46 the predetermined recovery speed of 900 rev / min there is a restoration 47 of the mechanical coupling between the engine 1 and the ancillaries 28, that is the air compressor 29 and the generator 30.
  • Bei the generator 30, this is performed independently due to the centrifugal clutch 35 and the air conditioning compressor 29 is due to the detected by the sensor speed of the crankshaft 6 and the control of the actuator 36 in response to the
  • the internal combustion engine 1 additionally has a starter, not shown, as an electric motor.
  • the starterless start of the internal combustion engine is executed only at a predetermined minimum operating temperature, for example, of 30 ° C or 50 ° C, the internal combustion engine 1.
  • a predetermined minimum operating temperature for example, of 30 ° C or 50 ° C
  • the internal combustion engine 1 At lower operating temperatures of the internal combustion engine 1, which are, for example, below 30 ° C or 50 ° C, starting the internal combustion engine 1 with the starter as the electric motor by means of electrical energy from the battery
  • Combustion engine system 2 significant advantages.
  • the auxiliary units 28 are mechanically decoupled from the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 has a smaller mass moment of inertia and a smaller engine friction. That of the piston 5 in the combustion stroke of the cylinder 4 on the crankshaft 6 applied starting torque can thus be used to a greater extent for the compression of air in the cylinder 4 in the compression stroke, since there is less engine friction and a lower moment of inertia.
  • Internal combustion engine 1 can thus also in internal combustion engines 1 with a large firing interval, that is, a large angle from a Zündtot Vietnamese the next Zündtot Vietnamese be executed.

Abstract

Verfahren zum anlasserlosen Starten eines Verbrennungsmotors (1),indem während eines Stillstandes der Kurbelwelle (6) des Verbrennungsmotors (1) in einem Zylinder (4) in einem Verbrennungstakt ein Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird, so dass von dem Kolben (5) in dem Zylinder (4) indem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle (6) ein Startdrehmoment aufgebracht wird, wobei während des anlasserlosen Startens des Verbrennungsmotors (6) die mechanische Koppelung wenigstens eines Nebenaggregates (28) mit der Kurbelwelle (6) unterbrochen ist, so dass das notwendige Startdrehmoment reduziert ist und nach dem Abschluss des Startvorganges die mechanische Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) zu der Kurbelwelle (6) wieder hergestellt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum anlasserlosen Starten eines Verbrennungsmotors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum anlasserlosen Starten Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein
Verbrennungsmotorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren werden mit einem Anlasser als einem Elektromotor gestartet. In Kraftfahrzeugen ist es in zunehmendem Umfang zur Einsparung von Kraftstoff wünschenswert, bei einem Stopp oder einem Halt des Kraftfahrzeugs, den Verbrennungsmotor abzuschalten oder auch während der Fahrt ohne einer Anforderung eines Antriebsdrehmoments an den Verbrennungsmotor den Verbrennungsmotor zur Einsparung von Kraftstoff abzuschalten. Bei einer gewünschten Weiterfahrt mit dem Kraftfahrzeug oder einer Anforderung eines Antriebsdrehmoments an den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ist somit ein Starten des Verbrennungsmotors während eines Stillstands der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors notwendig. Bei einem derartigen Betrieb des
Kraftfahrzeugs sind eine sehr große Zahl an Startvorgängen im Laufe der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs notwendig. Bei einem Starten des
Verbrennungsmotors mit einem Anlasser als einem Elektromotor unterliegt dieser Anlasser dadurch in nachteiliger Weise einem hohen Verschleiß, sodass zweifelhaft ist, ob Anlasser als Elektromotoren derart großen Startvorgängen im Laufe der gesamten Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs standhalten. Darüber hinaus muss elektrische Energie zum Starten des Verbrennungsmotors in einer Batterie des Kraftfahrzeugs gespeichert werden. Aus diesem Grund ist es bereits bekannt, den Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug während eines Stillstands der Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors anlasserlos, das heißt ohne einen Elektromotor als einen Anlasser zum Aufbringen eines Startdrehmoments auf den Verbrennungsmotor mittels des Elektromotors, zu starten. Hierzu wird an einem Zylinder in einem Verbrennungstakt ein Kraftstoff-Luftgemisch gezündet, sodass von dem Kolben in dem Zylinder mit dem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle ein
Startdrehmoment aufgebracht wird und dadurch ein Starten des
Verbrennungsmotors möglich ist. Dieses initiale Startdrehmoment ist umso größer, je größer der chemische Nutzungsgrad der Verbrennung ist, und dieser hängt beispielsweise von der Sauerstoffverfügbarkeit aufgrund dem
Umgebungsdruck ab und ist damit höhenabhängig. Nach und/oder während diesem Aufbringen eines Startdrehmoments auf die Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors erfolgt in einem anderen Zylinder ein Kompressionstakt, das heißt mittels dem von dem Kolben in dem Verbrennungstakt auf die
Kurbelwelle aufgebrachten Startdrehmoment ist in einem Zylinder mit einem Kompressionstakt Luft zu komprimieren. Das Startdrehmoment bzw. die von dem Kolben in dem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle aufgebrachte kinetische Energie muss somit ausreichend groß sein, um die Luft in dem Zylinder mit dem Kompressionstakt zu verdichten bis zum ersten Zündtotpunkt (ZOT) und es muss in diesem Kompressionstakt genügend Luft bis zum ersten Zündtotpunkt komprimiert werden, sodass bei dem Verbrennungstakt nach dem ersten
Zündtotpunkt in diesem Zylinder ausreichend Startdrehmoment bzw. kinetische Energie auf die Kurbelwelle aufgebracht werden kann, sodass der zweite Zündtotpunkt mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle überstrichen wird als der erste Zündtotpunkt. Zur Verringerung der in dem ersten Kompressionstakt erforderlichen Energie zur Kompression der Luft in dem Zylinder in dem Kompressionstakt ist es bereits bekannt, die Ventile, das heißt das Einlassventil und/oder Auslassventil, an dem Zylinder in dem
Kompressionstakt teilweise während des Kompressionstaktes geöffnet zu halten, um dadurch weniger Luft zu komprimieren und damit auch mit einem kleineren Startdrehmoment einen Kompressionstakt überhaupt ausführen zu können.
Ein erfolgreiches anlasserloses Starten des Verbrennungsmotors hängt von verschiedenen Einflussgrößen ab. Je größer die Motorreibung nach oder während des Aufbringens des Startdrehmoments mittels des Kolbens in dem Verbrennungstakt ist, desto weniger Luft kann in dem anschließenden
Verdichtungstakt komprimiert werden. Dies gilt analog auch für das
Massenträgheitsmoment des Verbrennungsmotors während oder nach dem Aufbringen des Startdrehmoments auf die Kurbelwelle mit dem Kolben in dem Verbrennungstakt. Je größer der Zündabstand von einem Zündtotpunkt zum nächsten Zündtotpunkt ist, desto schwieriger ist das Verfahren auszuführen, weil dadurch ein größerer Drehwinkelbereich von einem Zündtotpunkt zum nächsten Zündtotpunkt zu überstreichen ist und dadurch auch mehr Reibung zu überwinden ist. Der Zündabstand ist im Regelfall äquidistant durch die
Zylinderanzahl bestimmt. Gegebenenfalls kann auch der initiale Auslenkwinkel eines verbauten Zweimassenschwungrades, welches stark reibbehaftet ist, Energie in Form von Reibung aufnehmen und sich dadurch negativ auf das anlasserlose Starten des Verbrennungsmotors auswirken.
Aus der DE 10 201 1 006 288 A1 ist ein Verfahren zum anlasserlosen Starten eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Hybridantriebssystem, bekannt. Ein Teil der Zylinder des Verbrennungsmotors sind als
dekomprimierbare Zylinder ausgebildet, die während eines Kompressionstakts dekomprimierbar sind mit den Schritten: bei einem Auslauf des
Verbrennungsmotors, Einstellen einer Endlage der Kurbelwelle, wobei sich bei der Endlage des Auslaufs ein dekomprimierbarer Zylinder in einem
Kompressionstakt befindet und bei Anforderung eines auf den Auslauf folgenden Startvorgangs des Verbrennungsmotors, Zünden eines Luft-Kraftstoffgemischs in einem Zylinder des Verbrennungsmotors, der sich während des Stillstands in einem Verbrennungstakt befindet, um ein Drehmoment für den Anlauf des Verbrennungsmotors zu erzeugen, wobei der dekomprimierbare Zylinder, der sich in dem Kompressionstakt befindet, dekomprimiert wird.
Die DE 10 2013 217 724 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines
Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, wobei sich einer der Zylinder in einem Verbrennungstakt befindet, in dem ein Kraftstoff-/Luftgemisch in einem Brennraum des ersten Zylinders gezündet wird, während sich ein weiterer der Zylinder in einem Kompressionstakt befindet, in dem eine Kompression von sich in dem weiteren Zylinder befindlicher Luft erfolgt, wobei ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil des sich im Kompressionstakt befindlichen Zylinders so angesteuert werden, dass diese während einer Zeitdauer ab dem Beginn des Kompressionstakts geöffnet sind.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßes Verfahren zum anlasserlosen Starten eines
Verbrennungsmotors, indem während eines Stillstandes der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in einem Zylinder in einem Verbrennungstakt ein Kraftstoff- Luftgemisch gezündet wird, so dass von dem Kolben in dem Zylinder in dem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle ein Startdrehmoment aufgebracht wird, wobei während des anlasserlosen Startens des Verbrennungsmotors die mechanische Koppelung wenigstens eines Nebenaggregates mit der Kurbelwelle unterbrochen ist, so dass das notwendige Startdrehmoment reduziert ist und nach dem Abschluss des Startvorganges und/oder nach dem Erreichen einer bestimmten kinetischen Energie der beweglichen Komponenten des
Verbrennungsmotors die mechanische Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates zu der Kurbelwelle wieder hergestellt wird. Aufgrund der Unterbrechung der mechanischen Kopplung zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und dem wenigstens einen Nebenaggregat, weist der Verbrennungsmotor während des anlasserlosen Startens ein kleineres
Massenträgheitsmoment und eine kleinere Motorreibung auf. Das
Massenträgheitsmoment ist dadurch um ungefähr 20% und die Motorreibung ist um ca. 30% reduziert. In dem Zylinder mit dem Kompressionstakt kann dadurch während des Ausführens des Verbrennungstakts mehr Luft komprimiert werden, sodass dadurch im nächsten Verbrennungstakt ein größeres Drehmoment auf die Kurbelwelle aufgebracht werden kann. Das Starten des Verbrennungsmotors ohne einen Anlasser als einen Elektromotor kann dadurch wesentlich erleichtert werden und auch bei Verbrennungsmotoren mit einer kleineren Anzahl an Zylindern, beispielsweise drei oder zwei Zylindern, ist damit ein anlasserloses Starten des Verbrennungsmotors problemlos möglich. In einer ergänzenden Variante wird die Wiederherstellung der mechanische
Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates zu der Kurbelwelle ab dem Überschreiten einer vorgegebenen Wiederherstellungs-Drehzahl wieder hergestellt. Mit dem Überschreiten einer vorgegebenen Wiederherstellungs- Drehzahl erfolgt die mechanische Kopplung des wenigstens einen
Nebenaggregats zu der Kurbelwelle. Nach einem erfolgreichen anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors steht das Nebenaggregat damit wieder in seiner Funktion in vorteilhafter Weise zur Verfügung.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die Unterbrechung der mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates zu der Kurbelwelle ab dem Unterschreiten einer vorgegebenen Unterbrechungs-Drehzahl ausgeführt.
Während des Abschaltens des Verbrennungsmotors reduziert sich die Drehzahl der Kurbelwelle, sodass dadurch während des Abschaltvorgangs des
Verbrennungsmotors selbsttätig die mechanische Kopplung zwischen dem wenigstens einen Nebenaggregat und der Kurbelwelle unterbrochen wird.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die vorgegebene Unterbrechungs- Drehzahl kleiner, insbesondere zwischen 50 und 200 U/min kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors. Während des Betriebs des
Verbrennungsmotors in der Leerlaufdrehzahl darf keine Unterbrechung der mechanischen Kopplung zwischen dem Nebenaggregat und der Kurbelwelle erfolgen. Aus diesem Grund ist die Unterbrechungsdrehzahl kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, jedoch kann die
Unterbrechungsdrehzahl auch gleich null sein. In einer ergänzenden Ausgestaltung liegt die vorgegebene Wiederherstellungs-
Drehzahl im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors,
insbesondere unterscheidet sich die Wiederherstellungs-Drehzahl um weniger als 50 bis 200 U/min von der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors. Mit dem ungefähren Erreichen der Leerlaufdrehzahl befindet sich der Verbrennungsmotor wieder im normalen Betrieb und es ist der anlasserlose Startvorgang
abgeschlossen, sodass dadurch mittels der Wiederherstellung der mechanischen Kopplung im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors damit das wenigstens eine Nebenaggregat wieder in seiner Funktion zur Verfügung steht. Zweckmäßig wird die Unterbrechung und/oder die Wiederherstellung der mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates zu der Kurbelwelle fliehkraftbasiert ausgeführt. In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Unterbrechung und/oder die
Wiederherstellung der mechanischen Koppelung des wenigstens einen
Nebenaggregates zu der Kurbelwelle elektromechanisch mit einem Aktuator, insbesondere Stellelektromotor, ausgeführt. Mit dem Aktuator kann eine
Unterbrechung und/oder Wiederherstellung der mechanischen Kopplung des wenigstens einen Nebenaggregats mit der Kurbelwelle auch unabhängig von der
Drehzahl der Kurbelwelle erfolgen. Die Unterbrechung kann damit beispielsweise auch erst bei einem Stillstand der Kurbelwelle ausgeführt werden.
In einer zusätzlichen Variante ist das wenigstens eine Nebenaggregat ein Generator bzw. eine Lichtmaschine und/oder ein Klimakompressor und/oder das
Verfahren wird mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verbrennungsmotorsystem, insbesondere Hybridantriebssystem, ausgeführt.
In einer ergänzenden Ausgestaltung befindet sich während des Zündens des Kraftstoff-Luftgemisches in dem Zylinder in dem Verbrennungstakt zum anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors ein weiterer Zylinder in einem Kompressionstakt, in dem eine Kompression von sich in dem weiteren Zylinder befindlicher Luft erfolgt, wobei ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil des sich im Kompressionstakt befindlichen Zylinders so angesteuert werden, dass diese während des Kompressionstaktes zumindest temporär geöffnet sind, so dass während des geöffneten Einlassventils und/oder Auslassventiles in dem Zylinder im Kompressionstakt keine Kompression ausgeführt wird. Mittels der kinetischen Energie bzw. dem Startdrehmoment eines Zylinders in dem
Verbrennungstakt erfolgt in dem Kompressionstakt die Kompression von Luft in dem anderen Zylinder in dem Kompressionstakt. Das Startdrehmoment bzw. die kinetische Energie des Startdrehmoments ist jedoch im Regelfall nicht ausreichend, um einen vollständigen Kompressionstakt auszuführen mit einem geschlossenen Einlassventil und Auslassventil während des gesamten
Kompressionstaktes, das heißt des Bewegens des Kolbens in dem Zylinder in dem Kompressionstakt von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt als einen Zündtotpunkt. Aus diesem Grund wird während des Kompressionstakts, das heißt des Bewegens des Kolbens von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Zündtotpunkt, das Ein- und/oder Auslassventil temporär geöffnet, sodass dadurch während des geöffneten Einlassventils und/oder Auslassventils keine Kompression in dem Zylinder ausgeführt wird und dadurch weniger Kompressionsenergie benötigt wird.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind das Einlassventil und/oder Auslassventil während einer Zeitdauer ab dem Beginn des Kompressionstakts geöffnet. Das Geöffnethalten des Einlassventils und/oder Auslassventils erfolgt somit ab Beginn des unteren Totpunkts des Kolbens.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung werden die Zeitdauer des Öffnens des Einlassventils und/oder Auslassventils dahingehend gesteuert und/oder geregelt, so dass das durch den sich im Verbrennungstakt befindlichen Zylinder bereitgestelltes Startdrehmoment ausreichend ist, um die Luftmenge zu komprimieren, die nach dem Schließen des Einlassventils und/oder des
Auslassventils in dem sich im Kompressionstakt befindlichen Zylinder verbleibt. Das Startdrehmoment wird von einer Steuer- und/oder Regeleinheit berechnet und/oder mittels eines Sensors erfasst, beispielsweise indem die
Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfasst wird und in Abhängigkeit von der kinetischen Energie in dem Verbrennungsmotor nach dem Aufbringen des Startdrehmoments oder während des Aufbringens des Startdrehmoments auf die Kurbelwelle wird die Zeitdauer des Öffnens des Einlassventils und/oder
Auslassventils dahingehend gesteuert und/oder geregelt, sodass das
bereitgestellte Startdrehmoment bzw. die kinetische Startdrehenergie
ausreichend ist, um die Luftmenge zu komprimieren. Dabei wird dies
dahingehend ausgeführt, dass mit der vorhandenen kinetischen Startenergie eine möglichst große Menge an Luft komprimiert wird.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden
Recheneinheit und/oder Steuer- und/oder Regeleinheit durchgeführt wird. Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit und/oder Steuer- und/oder Regeleinheit durchgeführt wird.
Erfindungsgemäßes Verbrennungsmotorsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, wenigstens ein von dem Verbrennungsmotor angetriebenes Nebenaggregat, wenigstens eine Kopplungsvorrichtung zur mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, wobei die wenigstens eine
Kopplungsvorrichtung je ein Entkopplungsmittel zur temporären mechanischen Unterbrechung der mechanischen Koppelung des wenigstens einen
Nebenaggregates mit der Kurbelwelle umfasst.
Zweckmäßig ist das wenigstens eine Entkopplungsmittel eine Fliehkraftkupplung und/oder ein Aktuator, insbesondere ein Stellelektromotor. In einer zusätzlichen Variante ist mit dem Verbrennungsmotorsystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar.
In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst der Verbrennungsmotor ein Mittel zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils und/oder Auslassventils an einem Zylinder während eines Kompressionstaktes zum anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors unabhängig von dem der Drehwinkellage der
Kurbelwelle und/oder das Verbrennungsmotorsystem umfasst eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Drehwinkellage der Kurbelwelle nach dem Ende des Abschaltens des Verbrennungsmotors, so dass die Drehwinkellage der Kurbelwelle des abgeschalteten Verbrennungsmotors steuerbar und/oder regelbar ist und/oder das Verbrennungsmotorsystem eine Elektromaschine umfasst und damit das Verbrennungsmotorsystem zusätzlich ein
Hybridantriebssystem bildet. Das Öffnen und Schließen des Einlassventils und/oder Auslassventils erfolgt im Regelfall mittels einer Nockenwelle. Hierzu ist als Mittel an einer Einlassventilnockenwelle beispielsweise ein
Einlassventilphasensteller vorhanden und an einer Auslassventilnockenwelle ein Auslassventilphasensteller. Der Einlassventilphasensteller und/oder der
Auslassventilphasensteller sind beispielsweise hydraulisch oder elektrisch geregelt und/oder gesteuert. Bei einer hydraulischen Steuerung ist für den erforderlichen Öldruck beispielsweise eine zusätzliche Ölpumpe erforderlich. Abweichend hiervon kann das Einlassventil und/oder Auslassventil auch von, vorzugsweise elektrischen und/oder elektronischen, Aktuatoren geöffnet und/oder geschlossen werden. Damit ist ein Öffnen und Schließen des
Einlassventils und/oder Auslassventils unabhängig von der Drehwinkellage der Kurbelwelle möglich und somit stellen derartige Aktuatoren ein Mittel zum Öffnen und/oder Schließen des Einlassventils und/oder des Auslassventils dar. Das von dem Kolben in dem Zylinder in dem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle aufgebrachte Startdrehmoment bzw. die kinetische Startenergie hängt von der Drehwinkellage der Kurbelwelle ab. Im Allgemeinen kann ein maximales Startdrehmoment oder eine maximale kinetische Startenergie auf die Kurbelwelle aufgebracht werden, sofern sich bei einem Verbrennungsmotor mit vier Zylindern die Kurbelwelle in einer Drehwinkellage 90° nach dem Zündtotpunkt als dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens in dem Zylinder in dem Verbrennungstakt während des Stillstands der Kurbelwelle befindet. Aus diesem Grund kann mit der Einrichtung eine Steuerung und/oder Regelung der Drehwinkellage der Kurbelwelle nach dem Ende des Abschaltens des Verbrennungsmotors, das heißt während des Stillstands der Kurbelwelle, ausgeführt werden. Die
Drehwinkellage wird somit während des Abschaltens dahingehend eingestellt, dass beim anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors von dem Kolben ein möglichst großes Startdrehmoment oder eine möglichst große kinetische Startenergie auf die Kurbelwelle aufgebracht werden kann. Die Einrichtung ist beispielsweise als eine Luftklappe in einem Einlasskanal des
Verbrennungsmotors ausgeführt, sodass mittels eines Schließens der Luftklappe ein Unterdruck gezielt in einem Brennraum in einem Saugtakt ausgeführt werden kann und dadurch ein gezieltes Abbremsen der Drehbewegung der Kurbelwelle ausgeführt wird zur Positionierung der Kurbelwelle in der gewünschten
Drehwinkellage der Kurbelwelle. Die Einrichtung kann andererseits auch als eine mechanische Reibbremse betätigt von einem Aktuator ausgeführt sein.
In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst das Verbrennungsmotorsystem einen Sensor zur Erfassung der Drehwinkellage der Kurbelwelle und in
Abhängigkeit von der von dem Sensor erfassten Drehwinkellage der Kurbelwelle erfolgt mit der Einrichtung eine Steuerung und/oder Regelung der
Drehwinkellage der Kurbelwelle nach dem Ende des Abschaltens des
Verbrennungsmotors.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebssystems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Zylinders und Kolbens eines Verbrennungsmotors und
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines anlasserlosen Starten eines
Verbrennungsmotors.
Ausführungsformen der Erfindung
Ein in Fig. 1 dargestellter Verbrennungsmotor 1 umfasst vier Kolben 5 und vier Zylinder 4. In Fig. 2 ist jeweils ein Zylinder 4 und ein Kolben 5 dargestellt. Eine Rotationsbewegung einer Kurbelwelle 6 verursacht aufgrund einer Verbindung des Kolbens 5 mit einer Pleuelstange mit der Kurbelwelle 6 eine oszillierende Translationsbewegung des Kolbens 5 in dem Zylinder 4 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt. In einem von dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 begrenzten Brennraum 1 1 mündet ein Einlasskanal 7 zum Einlassen von Luft aus der Umgebung und ein Auslasskanal 8 zum Ausleiten der
Verbrennungsgase aus dem Brennraum 1 1. Der Einlasskanal 7 kann mit einem Einlassventil 9 geöffnet und geschlossen werden und der Auslasskanal 8 kann mit einem Auslassventil 10 geöffnet und geschlossen werden. Das Einlassventil 9 und das Auslassventil 10 werden dabei jeweils mit einem Mittel 12 zum Öffnen des Ein- und Auslassventils 9, 10 bewegt bzw. geöffnet und geschlossen. Eine Zündkerze 13 dient zum Zünden eines Kraftstoff-Luftgemisches in dem
Brennraum 1 1 und ein Einspritzorgan 14 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 1 1. Der Verbrennungsmotor 1 ist dabei als ein Viertaktmotor ausgebildet, sodass in einem Ansaugtakt des Verbrennungsmotors 1 bei einem geöffneten Einlassventil 9 und einem Bewegen des Kolbens 5 von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt durch den Einlasskanal 7 Luft aus der Umgebung in den Brennraum 1 1 eingesaugt wird. Am unteren Totpunkt des Kolbens 5 erfolgt ein Schließen des Einlassventils 9, sodass dadurch bei einer weiteren Bewegung des Kolbens 5 von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt als einem Zündtotpunkt ein Kompressionstakt ausgeführt wird und die Luft in dem Brennraum 1 1 komprimiert wird. Nach dem Erreichen des
Zündtotpunkts erfolgt ein Verbrennungstakt des Zylinders 4 bei einer Bewegung des Kolbens von dem Zündtotpunkt zu dem unteren Totpunkt und dabei erfolgt zu Beginn des Verbrennungstakts erst ein Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 1 1 mit dem Einspritzorgan 14 und anschließend ein Zünden des Kraftstoff-Luftgemisch mit der Zündkerze 13. Bei einer weiteren Drehbewegung der Kurbelwelle 6 erfolgt eine Bewegung des Kolbens 5 von dem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt in einem Ausstoßtakt und während dieses
Ausstoßtakts ist das Auslassventil 1 1 geöffnet, sodass die Brenngase in dem Brennraum 1 1 durch den Auslasskanal 8 in die Umgebung abgeleitet werden.
In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotorsystem 2 als ein Hybridantriebssystem 3 dargestellt. Das Hybridantriebssystem 3 umfasst neben dem Verbrennungsmotor
1 auch eine Elektromaschine 19 als Elektromotor und Generator. Zum Antrieb bzw. zur Traktion eines Kraftfahrzeugs kann nicht nur der Verbrennungsmotor 1 , sondern auch die Elektromaschine 19 als ein Elektromotor eingesetzt werden. In einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs kann die Elektromaschine 19 auch als ein Generator zum Aufladen einer Batterie 15 eingesetzt werden. Zum
Antrieb des Kraftfahrzeugs mit der Elektromaschine 19 als Elektromotor wird die elektrische Energie für die Elektromaschine 19 aus der Batterie 15 entnommen. Die Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 ist mit einer ersten
Verbindungswelle 20 gekoppelt und die erste Verbindungswelle 20 ist mit der Elektromaschine 19, das heißt einem nicht dargestellten Rotor der
Elektromaschine 19, mechanisch verbunden. Die Elektromaschine 19 umfasst außerdem auch einen Stator (nicht dargestellt). Die mechanische Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der Elektromaschine 19 kann mittels einer ersten Kupplung 21 aufgehoben und wiederhergestellt werden. Der Rotor der Elektromaschine 19 bzw. die Elektromaschine 19 ist mit einer zweiten
Verbindungswelle 22 mit einem Differentialgetriebe 24 mechanisch verbunden. Die mechanische Kopplung zwischen der Elektromaschine 19 und dem
Differentialgetriebe 24 kann mittels einer zweiten Kupplung 23 aufgehoben und wiederhergestellt werden. Das Differentialgetriebe 24 ist mit zwei Wellen 26 verbunden und an den Wellen 26 ist je ein Antriebsrad 25 befestigt, sodass mittels der von der zweiten Verbindungswelle 22 auf das Differentialgetriebe 24 aufgebrachten Drehmoment ein Antriebsrad 25 angetrieben werden kann.
Das Hybridantriebssystem 3 umfasst außerdem zwei Nebenaggregate 28, das heißt einen Klimakompressor 29 und einen Generator 30. Die Nebenaggregate 28 sind dabei jeweils mit einer mechanischen Kopplungsvorrichtung 31 , beispielsweise einem Riemen oder einem Zahnrad 27 an der ersten
Verbindungswelle 20, mit der Kurbelwelle 6 mechanisch gekoppelt, indem ein Zahnrad 32 an einer Nebenaggregatwelle 33 mit dem Zahnrad 27 an der ersten Verbindungswelle 20 kämmt. Die mechanische Kopplung zwischen den
Nebenaggregaten 28 und der ersten Verbindungswelle 20 und damit dem
Verbrennungsmotor 1 kann mit einem Entkopplungsmittel 34 unterbrochen und wiederhergestellt werden. Der Klimakompressor 29, die Nebenaggregatwelle 33 an dem Klimakompressor 29 und das Zahnrad 32 an der Nebenaggregatwelle 33 sind radial zu der ersten Verbindungswelle 20 bzw. dem Zahnrad 27 mittels eines Aktuators 36 als einem Stellelektromotor 37 beweglich. Zur Unterbrechung der mechanischen Kopplung zwischen dem Klimakompressor 29 und der ersten Verbindungswelle 20 werden von dem Stellelektromotor 37 das Zahnrad 32 und der Klimakompressor 29 in die in Fig. 1 dargestellte Position bewegt, sodass das Zahnrad 32 an der Nebenaggregatwelle 33 des Klimakompressors 29 nicht mit den Zähnen des Zahnrads 27 kämmt. Zur Wiederherstellung der mechanischen
Kopplung zwischen dem Klimakompressor 29 und der ersten Verbindungswelle 20 wird das Zahnrad 32 in radialer Richtung wieder zu dem Zahnrad 27 an der ersten Verbindungswelle 20 bewegt, sodass die Zähne an dem Zahnrad 32 mit den Zähnen (nicht dargestellt) an dem Zahnrad 27 kämmen. In die
Nebenaggregatwelle 33 von dem Zahnrad 32 an der Nebenaggregatwelle 33 des
Generators 30 bzw. Lichtmaschine 30 ist eine Fliehkraftkupplung 35 eingebaut. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Leerlaufdrehzahl von 1 000 U/min auf. Bei einem Unterschreiten der Drehzahl der Kurbelwelle 6 bzw. der ersten
Verbindungswelle 20 von einer vorgegebenen Unterbrechungsdrehzahl von 900 U/min erfolgt von der Fliehkraftkupplung 35 eine selbsttätige Unterbrechung der mechanischen Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Generator 30. Ab einem Überschreiten einer vorgegebenen
Wiederherstellungsdrehzahl von 900 U/min nach dem Ausführen eines anlasserlosen Startens des Verbrennungsmotors 1 wird von der
Fliehkraftkupplung 35 eine selbstständige bzw. automatische Wiederherstellung der mechanischen Kopplung des Generators 30 mit dem Verbrennungsmotor 1 ausgeführt. Das Entkopplungsmittel 34 ist somit der Aktuator 36 und die
Fliehkraftkupplung 35.
Während des normalen Betriebs des Verbrennungsmotors 1 weist die
Kurbelwelle 6 eine Drehzahl von 1 000 U/min oder eine größere Drehzahl, beispielsweise von 3 000 U/min während der Fahrt eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, auf. Ein Abschalten des Verbrennungsmotors 1 wird
beispielsweise bei einem Halt des Kraftfahrzeugs vor einer Ampel oder auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ausgeführt, sofern kein
Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor 1 notwendig ist. Auch bei einem ausschließlichen Antrieb des Kraftfahrzeugs mit der Elektromaschine 19 ist ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor 1 nicht erforderlich. Hierzu ist beispielsweise die erste Kupplung 21 ausgekuppelt und die zweite Kupplung 23 eingekuppelt. Ein Sensor erfasst die Drehwinkellage der
Kurbelwelle 6 und auch die Drehzahl der Kurbelwelle 6. Bei einem Abschalten des Verbrennungsmotors 1 erfolgt mit einer Einrichtung 16, nämlich einer Luftklappe 17, eine Steuerung und/oder Regelung der Drehwinkellage der Kurbelwelle 6 nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors 1. Die
Drehwinkellage der Kurbelwelle 6 wird dabei möglichst dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass sich der Kolben 5 in einem Zylinder 4 für den
Verbrennungstakt beim anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors 1 im Wesentlichen zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt befindet, das heißt die Kurbelwelle 6 bezüglich dieses Kolbens 5 beginnend mit dem oberen Zündtotpunkt eine Drehwinkellage von ungefähr 90° aufweist. Mit dem
Abschalten des Verbrennungsmotors 1 erfolgt eine Unterbrechung des
Einspritzens von Kraftstoff in die Brennräume 1 1 und eine Unterbrechung des Zündens mit der Zündkerze 13. Aufgrund der Fliehkraftkupplung 35 erfolgt ab dem Unterschreiten einer Drehzahl der Kurbelwelle 6 von 900 U/min eine selbstständige Unterbrechung 38 der mechanischen Kopplung zwischen dem Generator 30 und der Kurbelwelle 6. Da auch die Drehzahl der Kurbelwelle 6 von dem nicht dargestellten Sensor erfasst wird, erfolgt bei einem Unterschreiten der Drehzahl der Kurbelwelle 6 von 900 U/min mittels einer von einer Steuer- und/oder Regeleinheit 18 gesteuerten radialen Bewegung des Zahnrades 32 an der Nebenaggregatewelle 33 des Klimakompressors 29 eine Unterbrechung 38 der mechanischen Kopplung zwischen dem Klimakompressor 29 und dem Verbrennungsmotor 1 bzw. der Kurbelwelle 6. Anschließend liegt ein Stillstand
39 des Verbrennungsmotors 1 vor.
Zum anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors 1 wird in den Brennraum 1 1 mit dem Zylinder 4 in dem Verbrennungstakt ein Einspritzen 40 von Kraftstoff ausgeführt und anschließend erfolgt ein Zünden 41 des Kraftstoff-Luftgemischs in dem Zylinder 4 in dem Verbrennungstakt. Während des Zündens des
Kraftstoff-Luftgemischs in dem Zylinder 4 in dem Verbrennungstakt befindet sich ein anderer Zylinder 4 in dem Kompressionstakt. Aufgrund des Zündens des Kraftstoff-Luftgemischs in dem Zylinder 4 in dem Verbrennungstakt, erfolgt ein Aufbringen 42 eines Startdrehmoments auf die Kurbelwelle 6, sodass dadurch die Kurbelwelle 6 in eine Rotationsbewegung versetzt wird und damit der Verbrennungsmotor 1 , insbesondere die Kurbelwelle 6, eine kinetische
Rotationsenergie aufweist. Während des Startens des Verbrennungsmotors 1 ist auch die erste Kupplung 21 ausgekuppelt. Das von dem Kolben 5 in dem
Zylinder 4 in dem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle 6 aufgebrachte
Startdrehmoment ist nicht ausreichend, um in einem anderen Zylinder 4 vollständig einen Restkompressionstakt auszuführen, da die kinetische Energie aufgrund des Startdrehmoments kleiner ist als die erforderliche kinetische Energie für den vollständigen Restkompressionstakt als Restkompressionstakt aufgrund der Drehwinkellage der Kurbelwelle 6 im Stillstand. Aus diesem Grund erfolgt zu Beginn des Restkompressionstakts als eine Restbewegung aufgrund der Drehwinkelposition der Kurbelwelle 6 ein Öffnen 43 des Auslassventils 10 (Fig. 2), sodass zu Beginn des Restkompressionsvorgangs während der Bewegung des Kolbens 5 zu dem oberen Zündtotpunkt keine Kompression der Luft in dem Brennraum 1 1 ausgeführt wird. Dieses Offenhalten des
Auslassventils 10 wird erst dann unterbrochen, wenn in dem Brennraum 1 1 nur noch so viel Luft vorhanden ist bzw. ein derartiges Volumen in dem Brennraum 1 1 vorhanden ist, dass mittels eines Schließens 44 des Auslassventils 10 und der vorhandenen kinetischen Energie eine Kompression der Luft in dem Zylinder 4 bis zum Zündtotpunkt als oberen Zündtotpunkt erreicht werden kann. Aufgrund des Überschreitens des Zündtotpunkts bei einer vorhandenen Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 6 kann damit ein weiteres Zünden 45 des Kraftstoff-Luftgemischs in diesem Zylinder 4 ausgeführt werden. Die
Zündvorgänge in dem Verbrennungsmotor 1 werden wiederholt, sodass dadurch ab dem Erreichen einer bestimmten Drehzahl von beispielsweise 200 U/min kein Öffnen des Einlassventils 9 und/oder des Auslassventils 10 in einem Zylinder 4 während eines Kompressionstakts mehr notwendig ist, da genügend ausreichend kinetische Energie aufgrund der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 6 vorhanden ist. Im weiteren Verlauf nimmt die Drehzahl der Kurbelwelle 6 zu und ab dem Erreichen 46 der vorgegebenen Wiederherstellungsdrehzahl von 900 U/min erfolgt eine Wiederherstellung 47 der mechanischen Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und den Nebenaggregaten 28, das heißt dem Klimakompressor 29 und dem Generator 30. Bei dem Generator 30 wird dies selbstständig aufgrund der Fliehkraftkupplung 35 ausgeführt und bei dem Klimakompressor 29 wird aufgrund der von dem Sensor erfassten Drehzahl der Kurbelwelle 6 und der Steuerung des Aktuators 36 in Abhängigkeit von der
Drehzahl der Kurbelwelle 6 mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 18 eine Bewegung des Zahnrads 32 zu dem Zahnrad 27 ausgeführt.
Der Verbrennungsmotor 1 weist zusätzlich einen nicht dargestellten Anlasser als einen Elektromotor auf. Das anlasserlose Starten des Verbrennungsmotors wird nur bei einer vorgegebenen Mindestbetriebstemperatur, beispielsweise von 30 °C oder 50 °C, des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt. Bei geringeren Betriebstemperaturen des Verbrennungsmotors 1 , die beispielsweise unterhalb von 30 °C oder 50 °C liegen, erfolgt das Starten des Verbrennungsmotors 1 mit dem Anlasser als dem Elektromotor mittels elektrischer Energie aus der Batterie
15 oder es wird die Elektromaschine 19 zum Starten des Verbrennungsmotors 1 eingesetzt.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors 1 und dem erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotorsystem 2 wesentliche Vorteile verbunden. Während des anlasserlosen Startens des Verbrennungsmotors 1 sind die Nebenaggregate 28 mechanisch von dem Verbrennungsmotor 1 entkoppelt. Dadurch weist während des anlasserlosen Startens des Verbrennungsmotors 1 der Verbrennungsmotor 1 ein kleineres Massenträgheitsmoment und eine kleinere Motorreibung auf. Das von dem Kolben 5 in dem Verbrennungstakt des Zylinders 4 auf die Kurbelwelle 6 aufgebrachte Startdrehmoment kann damit in einem größeren Umfang zur Komprimierung von Luft in dem Zylinder 4 in dem Kompressionstakt eingesetzt werden, da weniger Motorreibung und ein geringeres Massenträgheitsmoment vorhanden ist. Das Verfahren zum anlasserlosen Starten des
Verbrennungsmotors 1 kann somit auch bei Verbrennungsmotoren 1 mit einem großen Zündabstand, das heißt einem großen Winkel von einem Zündtotpunkt zum nächsten Zündtotpunkt, ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum anlasserlosen Starten eines Verbrennungsmotors (1 ), indem während eines Stillstandes der Kurbelwelle (6) des
Verbrennungsmotors (1 ) in einem Zylinder (4) in einem Verbrennungstakt ein Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird, so dass von dem Kolben (5) in dem Zylinder (4) in dem Verbrennungstakt auf die Kurbelwelle (6) ein Startdrehmoment aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des anlasserlosen Startens des Verbrennungsmotors (1 ) die mechanische Koppelung wenigstens eines Nebenaggregates (28) mit der Kurbelwelle (6) unterbrochen ist, so dass das notwendige
Startdrehmoment reduziert ist und nach dem Abschluss des
Startvorganges die mechanische Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) zu der Kurbelwelle (6) wieder hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederherstellung (47) der mechanische Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) zu der Kurbelwelle (6) ab dem
Überschreiten einer vorgegebenen Wiederherstellungs-Drehzahl wieder hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (38) der mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) zu der Kurbelwelle (6) ab dem
Unterschreiten einer vorgegebenen Unterbrechungs-Drehzahl ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Unterbrechungs-Drehzahl kleiner, insbesondere zwischen 50 und 200 U/min kleiner, ist als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors (1 ).
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Wiederherstellungs-Drehzahl im Bereich der
Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors (1 ) liegt, insbesondere die Wiederherstellungs-Drehzahl sich um weniger als 50 bis 200 U/min von der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors (1 ) unterscheidet.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (38) und/oder die Wiederherstellung (47) der mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) zu der Kurbelwelle (6) fliehkraftbasiert ausgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (38) und/oder die Wiederherstellung (47) der mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) zu der Kurbelwelle (6) elektromechanisch mit einem Aktuator (36), insbesondere Stellelektromotor (37), ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Nebenaggregat (28) ein Generator (30) bzw. eine Lichtmaschine (30) und/oder ein Klimakompressor (29) ist
und/oder
das Verfahren mit einem Verbrennungsmotorsystem (2), insbesondere Hybridantriebssystem (3), gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 12 bis 15 ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Zündens des Kraftstoff-Luftgemisches in dem Zylinder (4) in dem Verbrennungstakt zum anlasserlosen Starten des
Verbrennungsmotors (1 ) sich ein weiterer Zylinder (4) in einem
Kompressionstakt befindet, in dem eine Kompression von sich in dem weiteren Zylinder (4) befindlicher Luft erfolgt, wobei ein Einlassventil (9) und/oder ein Auslassventil (10) des sich im Kompressionstakt befindlichen Zylinders (4) so angesteuert werden, dass diese während des Kompressionstaktes zumindest temporär geöffnet sind, so dass während des geöffneten Einlassventils (9) und/oder Auslassventiles (10) in dem Zylinder (4) im Kompressionstakt keine Kompression ausgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (9) und/oder Auslassventil (10) während einer Zeitdauer ab dem Beginn des Kompressionstakts geöffnet sind.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer des Öffnens des Einlassventils (9) und/oder Auslassventils (10) dahingehend gesteuert und/oder geregelt werden, so dass das durch den sich im Verbrennungstakt befindlichen Zylinder (4) bereitgestelltes Startdrehmoment ausreichend ist, um die Luftmenge zu komprimieren, die nach dem Schließen des Einlassventils (9) und/oder des
Auslassventils (10) in dem sich im Kompressionstakt befindlichen Zylinder (4) verbleibt.
12. Verbrennungsmotorsystem (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- einen Verbrennungsmotor (1 ),
- wenigstens ein von dem Verbrennungsmotor (1 ) angetriebenes
Nebenaggregat (28),
- wenigstens eine Kopplungsvorrichtung (31 ) zur mechanischen
Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) mit der Kurbelwelle (6) des Verbrennungsmotors (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kopplungsvorrichtung (31 ) je ein Entkopplungsmittel (34) zur temporären mechanischen Unterbrechung der mechanischen Koppelung des wenigstens einen Nebenaggregates (28) mit der
Kurbelwelle (6) umfasst.
13. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Entkopplungsmittel (34) eine Fliehkraftkupplung (35) und/oder ein Aktuator (36), insbesondere ein Stellelektromotor (37), ist.
14. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verbrennungsmotorsystem (2) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 1 1 ausführbar ist.
15. Verbrennungsmotorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1 ) ein Mittel (12) zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils (8) und/oder Auslassventils (9) an einem Zylinder (4) während eines Kompressionstaktes zum anlasserlosen Starten des Verbrennungsmotors (1 ) unabhängig von dem der Drehwinkellage der Kurbelwelle (6) umfasst
und/oder
das Verbrennungsmotorsystem (2) eine Einrichtung (16) zur Steuerung und/oder Regelung der Drehwinkellage der Kurbelwelle (6) nach dem Ende des Abschaltens des Verbrennungsmotors (1 ) umfasst, so dass die Drehwinkellage der Kurbelwelle (6) im Stillstand des abgeschalteten Verbrennungsmotors (1 ) steuerbar und/oder regelbar ist
und/oder
das Verbrennungsmotorsystem (2) eine Elektromaschine (19) umfasst und damit das Verbrennungsmotorsystem (2) zusätzlich ein
Hybridantriebssystem (3) bildet.
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