WO2018055019A1 - Verbrennungsmotor mit einer direktstartanordnung und verfahren zum starten eines solchen verbrennungsmotors - Google Patents

Verbrennungsmotor mit einer direktstartanordnung und verfahren zum starten eines solchen verbrennungsmotors Download PDF

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Technische Universitaet Wien
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine and a method according to the
  • starting devices comprising an electric compressor which introduces compressed air through the open intake valves.
  • devices which, in order to increase the energy of the first combustion, introduce already introduced into a mixing chamber, ignitable fuel-air mixture in the combustion chamber.
  • a disadvantage of these devices is that it takes place outside of the combustion chamber mixture preparation during the entire engine operation. As a result, scavenging air required for starting the engine is also introduced into the combustion chamber during normal operation.
  • the invention relates to an internal combustion engine with a
  • the internal combustion engine comprises a crankshaft, at least one cylinder with a combustion space and a piston, a fuel storage for a gaseous introduced or introduced into the combustion chamber fuel and at least one cylinder associated with the gas injector for injection,
  • the direct start arrangement comprises a compressed air source, in particular a compressed air reservoir, for providing compressed air for the direct start operation.
  • the compressed air source comprises a compressor or a fan, or that the compressed air source of a
  • Compressor or a blower is fed.
  • Direct start operation in particular at the beginning of the direct start process, for introducing the compressed air through the gas injector into the combustion chamber, is connected to the gas injector. This makes it possible, by the same gas injector on the one hand compressed air from the Compressed air source and on the other hand introduce gaseous fuel from the fuel storage in the combustion chamber.
  • the direct start arrangement in particular for the conventional and / or extended direct start of the internal combustion engine is formed.
  • Intake valves or combustion chamber valves to introduce additional air into the combustion chamber.
  • a non-ignitable mixture is preferably introduced into the combustion chamber in the internal combustion engine according to the invention with a direct start arrangement, and the fuel and the required air injected separately in time.
  • a gas rail can be installed, by means of which both the fuel, in particular natural gas, and air can be supplied in separate channels directly to the injectors. It is preferably provided that for each injection valve, a separate air supply line is provided and thus each cylinder can be acted upon with compressed air.
  • the gas injector for introducing compressed air into the combustion chamber during a first phase of the direct start process with the
  • Compressed air source in particular connected to the compressed air reservoir, and that the gas injector for the introduction of gaseous fuel during normal operation and for the introduction of gaseous fuel during a second phase of Direct start process is connected to the fuel storage.
  • the gas injector is optionally connected to the compressed air source or to the fuel storage. This makes it possible, by the gas injector optionally introduce compressed air from the compressed air source or gaseous fuel from the fuel storage in the combustion chamber.
  • the gas injector is a CNG direct injection injector or the like.
  • the gas injector comprises a controllable and / or controllable gas injector actuator for influencing the gas flow introduced into the combustion chamber by the gas injector. This makes it possible, a certain, in particular predefined, amount of compressed air and / or to
  • controllable and / or controllable gas injector actuator is preferably designed to influence, regulate and / or control the gas flow, in particular the flow of compressed air and / or gaseous fuel, through the gas injector into the combustion chamber.
  • a piston position detection device is provided for determining the piston position, wherein the
  • Piston level detection device comprises in particular an absolute angle encoder and / or an inductive sensor. This makes it possible in particular to determine the position of the piston. Based on the determined piston position it can be decided whether a conventional or an extended direct start is feasible. Furthermore, it is possible to determine whether the crankshaft and / or the piston by means of an optionally provided adjusting device must be provided and / or rotated.
  • the direct start makes special demands on the recording of the
  • Sensor in particular an inductive sensor, which determines the speed or crankshaft position based on a sensor wheel, is generally unsuitable for position detection.
  • This sensor can be arranged both on the front and on the output side of the engine. This is due in particular to the fact that this configuration is based on an incremental measuring principle and only after at least one complete revolution with simultaneous adjustment of the crankshaft and the intake camshaft position of the angle of rotation, based on the top dead center in the power stroke (ignition TDC or ZOT) of the cylinder, can be determined. Since the position of the crankshaft must be known for the direct start even when the engine is stationary or immediately after switching on the ignition or after a power failure, it is advantageous to use an absolute angle encoder.
  • the output angular signal is given, for example, in degrees after top dead center in the working stroke of the cylinder with respect to the crankshaft, in short ° KWnZOTdZyl1.
  • the sensor can be connected to one of the camshafts and the angle can optionally be output from 0 to 720 ° KWnZOTdZyl1.
  • the absolute angle encoder can be connected to the exhaust camshaft, whereby the position of the crankshaft at any time detectable or
  • an inductive rotary encoder is used. This works for example according to the eddy current principle and is for the application
  • the sensor scans, for example, by means of four coils arranged in pairs, a conductive track, which is located on a rotor, and thus generates a sine and a cosine signal. These two signals are preferably read directly into the engine control unit whereby the absolute angle can be determined.
  • An advantage of this principle is that even at the transition from 360 ° to 0 ° at any time the absolute angle is available.
  • the compressed air source is connected via a compressed air line to the gas injector or connectable, and that the fuel storage is connected via a fuel line to the gas injector or connectable.
  • a compressed air valve in particular a
  • Pneumatic valve is provided for controlling and / or regulating the guided to the gas injector compressed air volume flow.
  • a fuel gas pressure regulator in particular a pneumatic valve, is provided for controlling and / or regulating the guided to the gas injector fuel volume flow.
  • a fuel gas pressure regulator in particular a pneumatic valve
  • the connection between the gas injector and the fuel reservoir can be established and / or interrupted.
  • Non-return valve are provided so that mixing of the compressed air and the gaseous fuels are prevented in the lines. This makes it possible to prevent mixing of the compressed air and the fuel in the lines, especially when the check valves are provided immediately before the gas injector. Furthermore, by the check valves, an automatic interruption of the compressed air line and / or the fuel line. Through this
  • Interrupt / Interrupt will / will disconnect / connect between the compressed air source, in particular the compressed air reservoir and the gas injector and / or fuel storage and the gas injector separately.
  • a check valve leaves the compressed air source, in particular the compressed air reservoir and the gas injector and / or fuel storage and the gas injector separately.
  • a discontinuity control device is provided for controlling the outlet position of the crankshaft and / or for controlling the outlet position of the pistons.
  • the internal combustion engine or the direct starting arrangement comprises at least one adjusting device designed for the position of the crankshaft and / or for the position of the pistons.
  • the outlet control device By the outlet control device, the outlet position of the crankshaft and thus the outlet position of the piston can be controlled. This makes it possible to control the end position of the piston or the piston during engine shutdown. This final position is crucial for the feasibility of the direct start.
  • adjusting device By optionally provided adjusting device, it is possible to adjust the position of the crankshaft and / or the piston targeted. This makes it possible to carry out a conventional as well as extended direct start when the piston is in a position in which no direct start is possible after the engine is at rest, since the crankshaft and / or the pistons can be adjusted by means of the adjusting device in that a direct start is possible.
  • Actuators for this are, for example, the alternator, the electric motor of a
  • Hybrid vehicle and / or a starter are examples of vehicles.
  • the targeted adjustment of the throttle position during the outlet, the crankshaft and / or the piston comes to a standstill in a position in which the restart by means of direct start can be done.
  • the angle of the throttle valve can be adjusted depending on the engine speed and the pressure values in the intake manifold or in the combustion chambers.
  • the outlet control system controls the gas exchange valves and thus the respective pressures in the combustion chambers as a result of expansion and compression at the outlet by means of a variable valve control. These pressures generate piston forces and resulting moments on the crankshaft, allowing for an optimal start-up position for the restart.
  • the oil pump can be used as an actuator.
  • the internal combustion engine at least one
  • Igniter comprises, which is adapted to the introduced into the combustion chamber of the cylinder media, in particular the gaseous fuel
  • gaseous fuel-air mixture optionally the gaseous fuel-air mixture to ignite.
  • each cylinder is provided with a respective combustion chamber and a piston operatively connected to the crankshaft, wherein each cylinder is provided with a gas injector for injection,
  • the gaseous fuel is assigned to the combustion chamber of the respective cylinder, wherein at least one of the gas injectors for introducing compressed air into the combustion chamber during a first phase of the
  • Direct start operation is connected to the compressed air source, in particular to the compressed air reservoir, and wherein at least one of the gas injectors for introducing gaseous fuel during normal operation and for introducing gaseous fuel during a second phase of the direct start process is connected to the fuel storage.
  • the internal combustion engine according to this embodiment may also include a plurality of cylinders, wherein the direct-starting arrangement of the internal combustion engine is configured for starting a multi-cylinder internal combustion engine.
  • compressed air from the compressed air source in particular the compressed air reservoir
  • the second phase of the direct start operation and during normal operation can then gaseous fuel from the first phase of the direct start process.
  • Fuel storage are introduced via the gas injector of a cylinder in the combustion chamber.
  • the direct starting arrangement according to the invention is preferably suitable for carrying out a direct start in any cylinder of the engine. This makes it possible to perform a direct start in the cylinder with the most suitable for the direct start piston position. Furthermore, with the aid of the direct start arrangement according to the invention, it may be possible to carry out the direct start simultaneously or successively in a plurality of cylinders.
  • the internal combustion engine is designed as a CNG-powered three-cylinder engine or the like.
  • the direct starting arrangement is formed starter motor free.
  • the invention relates to a method for starting a
  • Passing combustion chamber is performed, performing a second phase of the direct start operation by subsequent introduction of gaseous fuel into the compressed air filled combustion chamber of the cylinder, wherein the gaseous fuel is passed through the gas injector into the combustion chamber and then starting the
  • the piston position determination comprises the following steps:
  • Detecting the position of the at least one piston of the internal combustion engine by a piston position detection device in particular by an absolute angle sensor and / or an inductive sensor; and / or adjusting the position of the at least one piston of the internal combustion engine by positioning the piston by a
  • Adjusting device in particular by turning the crankshaft with a drive, and / or adjusting the position of the at least one piston of the
  • the method comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps:
  • Opening the compressed air valve to introduce compressed air into the compressed air line Opening the compressed air valve to introduce compressed air into the compressed air line, establishing pressure in the compressed air lines, opening the gas injector or gas injector actuator for the calculated opening duration, introducing the calculated amount of compressed air into the combustion chamber, closing the gas injector, closing the compressed air valve, controlling and / or regulating the fuel gas pressure regulator to the gaseous fuel in the fuel lines
  • the internal combustion engine comprises at least one control unit which is adapted to control or control at least one compressed air valve, at least one fuel gas pressure regulator, the ignition device and / or at least one gas injector or at least one gas injector actuator.
  • the controller may be configured to, the
  • Piston level detection device the adjusting device and / or the
  • Spout control device to control or control.
  • the gaseous fuel compressed natural gas in particular natural gas, propane, butane or
  • the internal combustion engine can be rotated solely by combustion of the gaseous fuel and thus started.
  • the combustion air required for a direct start can be provided.
  • the injector associated with the cylinder in the combustion chamber optionally be introduced only for the start of the engine by the injector associated with the cylinder in the combustion chamber.
  • the start of the engine is made possible without additional introduction devices and without the assistance of a starter generator.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a flow diagram of the internal combustion engine according to the invention with a direct start arrangement.
  • FIG. 2 shows inter alia a schematic sectional illustration of a cylinder of the
  • crank angle ranges shows a schematic representation of the crank angle ranges in which a conventional or an extended direct start can be carried out.
  • crank angle ranges in which, in an exemplary embodiment, a conventional or an extended one
  • Fuel line 10 compressed air valve 1 1, fuel gas pressure regulator 12, check valve 13, discharge control device 14, adjusting device 15, igniter 16,
  • Control unit 17 compression phase 18, piston level detection device 19
  • the internal combustion engine 1 shows a schematic representation of a flow chart of the internal combustion engine 1 according to the invention with a direct start arrangement.
  • the internal combustion engine 1 comprises a crankshaft and three cylinders 2.
  • the internal combustion engine 1 further comprises a fuel reservoir 5 for a fuel to be introduced or introduced in gaseous form.
  • Each cylinder 2 is assigned a gas injector 6 for injection, in particular for direct injection, of the gaseous fuel from the fuel reservoir 5 into the cylinder 2.
  • the internal combustion engine 1 or the direct starting arrangement of the internal combustion engine 1 comprises a compressed air source 7. By means of this compressed air source 7, compressed air for the direct starting operation can be provided.
  • the gas injector 6 for introducing compressed air from the compressed air source 7 into the cylinder 2 during a first phase of Direct start operation is connected to the compressed air source 7.
  • the gas injector 6 is for
  • Fuel storage 5 connected.
  • the same gas injector 6 compressed air from the compressed air source 7 and / or gaseous fuel from the
  • the gas injectors 6 are formed in this embodiment as CNG Sparteinblasinjektoren. It is provided that the gas injector 6 a controllable and / or controllable Gasinjektorstellglied. 8
  • the internal combustion engine 1 comprises a piston position detection device 19, which is designed to determine the piston position and / or the position of the crankshaft.
  • the piston level detection device 19 is a
  • the compressed air source 7 is connected via compressed air lines 9 to the gas injector 6 and / or connectable.
  • the fuel storage 5 is connected via fuel lines 10 to the gas injector 6 and / or connectable.
  • Compressed air lines 9 and the gas injectors 6 to introduce compressed air into the cylinder 2.
  • fuel can be introduced from the fuel reservoir 5 via the gas injectors 6 into the cylinder 2.
  • a compressed air valve 1 1 is provided in the course of the compressed air lines 9, between the compressed air source 7 and the gas injector 6, .
  • This compressed air valve 1 1 is designed for controlling and / or regulating the guided to the gas injector 6 compressed air volume flow.
  • the compressed air valve 1 1 is designed as an electromagnetic pneumatic valve.
  • the connection between the gas injector 6 and the compressed air source 7 can be made and / or interrupted.
  • a fuel gas pressure regulator 12 is provided between the fuel reservoir 5 and the gas injector 6.
  • the fuel gas pressure regulator 12 is designed to control and / or regulate the fuel volume flow conducted to the gas injector 6.
  • the fuel gas pressure regulator 12 is designed as an electromagnetic pneumatic valve.
  • the internal combustion engine 1 further comprises a discharge control device 14 configured to control the discharge position of the crankshaft
  • Outlet control device 14 is designed to control the outlet and thus also the outlet position of the crankshaft and thus the piston position. Furthermore, the internal combustion engine 1 in this embodiment comprises an adjusting device 15. This adjusting device 15 is set up for the position of the crankshaft and / or for the position of the pistons.
  • the internal combustion engine 1 of the present embodiment includes a controller 17.
  • the controller 17 is configured to control the compressed air valves 11, the fuel gas pressure regulators 12, the igniters 16, the gas injectors 6,
  • Piston level detection device 19 the spout control device 14 and / or the actuator 15 to control and / or to control.
  • FIG. 2 shows inter alia a schematic sectional illustration of a cylinder 2 of the internal combustion engine 1, in particular of a cylinder 2 from FIG. 1.
  • Internal combustion engine 1 comprises a fuel reservoir 5, which is connected by means of a fuel line 10 to the gas injector 6 and / or connectable.
  • a fuel gas pressure regulator 12 is arranged at the fuel line 10.
  • a controllable and controllable Gasinjektorstellglied 8 is arranged.
  • the internal combustion engine 1 or the direct starting arrangement of the internal combustion engine 1 further comprises a compressed air source 7, which is connected via a compressed air line 9 to the gas injector 6 and / or connectable. At the compressed air line 9, a compressed air valve 1 1 is arranged. Immediately before the gas injector 6 are at the
  • Compressed air line 9 and the fuel line 10 each have a check valve 13 is arranged.
  • a piston 4 and an ignition device 16 and the combustion chamber 3 is provided in the cylinder 2 of the internal combustion engine 1.
  • check valves 13 By the check valves 13 is a mixing of the compressed air and the gaseous fuel in the compressed air lines 9 and the fuel lines 10 prevented.
  • the check valves 13 allow the flow of fluids, compressed air and gaseous fuel in one direction only.
  • an ignition device 16 is provided in the cylinder 2 of the internal combustion engine 1.
  • the ignition device 16 is adapted to ignite the introduced into the combustion chamber 3 of the cylinder 2 media, in particular the gaseous fuel.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the crank angle ranges in which a conventional or an extended direct start is feasible, wherein the
  • Cyl. 1, Cyl. 2, Cyl. 3, represents the three cylinders of the
  • ZOT stands for the crank angle position of the top dead center of the working phase or at the dead center at which is ignited the respective
  • Cylinder 2 and ° KW stands for degrees crank angle. In this diagram is the
  • an extended direct start is optionally feasible. If the respective cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is in its expansion phase 20, a conventional direct start can optionally be carried out.
  • the piston level detection device 19 the position of the crankshaft and the piston 4 can be determined. According to the invention it is provided that with the aid of the outlet control device 14, the outlet position of the crankshaft and thus the position of the piston 4 to be controlled. According to the invention it can be provided that with an adjusting device 15, the position of the crankshaft and / or the position of the piston can be adjusted.
  • Cyl. 1 Cyl. 2, Cyl. 3, stands for the three cylinders of the internal combustion engine 1
  • ZOT stands for
  • crankshaft may come to a standstill at positions where re-start by direct start is not possible despite the charge increase.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (1) mit einer Direktstartanordnung, und ein Verfahren zum Starten einen solchen Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Kurbelwelle, mindestens einen Zylinder (2) mit einem Brennraum (3) und einem Kolben (4), einen Brennstoffspeicher (5) für einen gasförmig in den Brennraum (3) einzubringenden oder eingebrachten Brennstoff und mindestens einen dem Zylinder (2) zugeordneten Gasinjektor (6) zur Einblasung, insbesondere zur Direkteinblasung, des gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum (3) des Zylinders (2) umfasst, wobei die Direktstartanordnung eine Druckluftquelle (7), insbesondere einen Druckluftspeicher, zur Bereitstellung von Druckluft für den Direktstartvorgang umfasst, wobei die Druckluftquelle (7) während des Direktstartvorgangs, zur Einbringung der Druckluft durch den Gasinjektor (6) in den Brennraum (3), mit dem Gasinjektor (6) verbunden ist.

Description

Verbrennungsmotor mit einer Direktstartanordnung und Verfahren zum Starten eines solchen Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren gemäß den
Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an Verbrennungsmotoren mit
unterschiedlichen Startvorrichtungen bekannt. Beispielsweise sind
Verbrennungsmotoren mit Startvorrichtungen bekannt, die einen elektrischen Verdichter umfassen, welcher komprimierte Luft durch die offenen Einlassventile einleitet. Ferner sind Vorrichtungen bekannt die, um die Energie der ersten Verbrennung zu erhöhen, bereits in einer Mischkammer aufbereitetes, zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum einbringen. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen ist, dass die dazu außerhalb des Brennraums stattfindende Gemischaufbereitung während des gesamten Motorbetriebs erfolgt. Dadurch wird für den Start des Motors erforderliche Spülluft auch während des Regelbetriebs in den Brennraum eingebracht.
Ferner sind Verbrennungsmotoren mit Riemengetriebenen Startergeneratoren bekannt, welche mit der Getriebeeingangswelle verbunden sind. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen ist, dass es in Folge der langen Schaltzeiten der meist automatisierten Schaltgetriebe zu langen Wartezeiten beim Startvorgang kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es nun die Nachteile des Standes der Technik zu
überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Direktstartanordnung für einen mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Verbrennungsmotor zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der
unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer
Direktstartanordnung, wobei der Verbrennungsmotor eine Kurbelwelle, mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum und einem Kolben, einen Brennstoffspeicher für einen gasförmig in den Brennraum einzubringenden oder eingebrachten Brennstoff und mindestens einen dem Zylinder zugeordneten Gasinjektor zur Einblasung,
insbesondere zur Direkteinblasung, des gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum des Zylinders umfasst, wobei die Direktstartanordnung eine Druckluftquelle, insbesondere einen Druckluftspeicher, zur Bereitstellung von Druckluft für den Direktstartvorgang umfasst.
Als Brennstoff wird insbesondere der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors bezeichnet.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Druckluftquelle einen Kompressor oder ein Gebläse umfasst, oder dass die Druckluftquelle von einem
Kompressor oder einem Gebläse gespeist wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Druckluftquelle während des
Direktstartvorgangs, insbesondere zu Beginn des Direktstartvorgangs, zur Einbringung der Druckluft durch den Gasinjektor in den Brennraum, mit dem Gasinjektor verbunden ist. Dadurch ist es möglich, durch denselben Gasinjektor einerseits Druckluft aus der Druckluftquelle und andererseits gasförmigen Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher in den Brennraum einzubringen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Brennstoffspeicher als
Hochdrucktank/Hochdruckspeicher ausgebildet und/oder dass die Druckluftquelle als Druckbehälter/Druckspeicher ausgebildet ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Direktstartanordnung, insbesondere zum konventionellen und/oder zum erweiterten Direktstart des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
Es ist bekannt, dass um den ersten oberen Totpunkt beim konventionellen Direktstart und den zweiten oberen Totpunkt beim erweiterten Direktstart zu überschreiten, die Energiefreisetzung der ersten bzw. der ersten beiden Verbrennungen, insbesondere bei Motoren mit einer Zylinderzahl von drei oder kleiner, in der Regel nicht ausreicht.
Das Erhöhen der mit der Brennstoffmasse in den Brennraum eingebrachten Energie kann daher nur durch die gleichzeitige Vergrößerung der Luftmasse erfolgen. Der große Vorteil der Verwendung von Gasinjektoren besteht darin, mittels dieser Injektoren verschiedene gasförmige Medien in den Brennraum einblasen zu können. Daher ist es gegebenenfalls auch möglich, ohne zusätzliche Einrichtungen, wie spezielle
Einlassventile oder Brennraumventile, zusätzliche Luft in den Brennraum einzubringen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit Direktstartanordnung bevorzugt ein nicht zündfähiges Gemisch in den Brennraum eingebracht, und der Kraftstoff und die erforderliche Luft zeitlich getrennt eingeblasen. Hierzu kann gegebenenfalls ein Gasrail verbaut werden, mittels welchem sowohl der Brennstoff, insbesondere Erdgas, als auch Luft in getrennten Kanälen direkt zu den Injektoren zugeführt werden können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass für jedes Einblasventil eine separate Luftzuleitung vorgesehen ist und damit jeder Zylinder mit Druckluft beaufschlagt werden kann.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gasinjektor zur Einbringung von Druckluft in den Brennraum während einer ersten Phase des Direktstartvorganges mit der
Druckluftquelle, insbesondere mit dem Druckluftspeicher verbunden ist, und dass der Gasinjektor zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während des Regelbetriebs und zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während einer zweiten Phase des Direktstartvorganges mit dem Brennstoffspeicher verbunden ist. Dadurch ist es möglich, in der ersten Phase des Direktstartvorgangs über den Gasinjektor Druckluft in den Brennraum einzubringen. Ferner ist es dadurch möglich, in der zweiten Phase des Direktstartvorgangs und auch im Regelbetrieb des Verbrennungsmotors gasförmigen Brennstoff über denselben Gasinjektor in den Brennraum einzubringen. Ferner ist es dadurch möglich, in einer ersten Phase des Direktstartvorgangs die Ladung bzw. die Energie in dem Brennraum zu erhöhen. Infolge dieser Maßnahme sind sowohl der konventionelle als auch der erweiterte Direktstart in einem sehr großen Bereich anwendbar.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gasinjektor wahlweise mit der Druckluftquelle oder mit dem Brennstoffspeicher verbunden ist. Dadurch ist es möglich, durch den Gasinjektor wahlweise Druckluft aus der Druckluftquelle oder gasförmigen Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher in den Brennraum einzubringen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gasinjektor ein CNG-Direkteinblasinjektor oder dergleichen ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gasinjektor ein steuerbares und/oder regelbares Gasinjektorstellglied zur Beeinflussung des durch den Gasinjektor in den Brennraum eingebrachten Gasdurchflusses umfasst. Dadurch ist es möglich, eine bestimmte, insbesondere vorab definierte, Menge an Druckluft und/oder an
gasförmigem Brennstoff in den Brennraum einzubringen. Das steuerbare und/oder regelbare Gasinjektorstellglied ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Gasdurchfluss, insbesondere den Durchfluss von Druckluft und/oder gasförmigem Brennstoff, durch den Gasinjektor in den Brennraum zu beeinflussen, zu regeln und/oder zu steuern.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Kolbenstanddetektionsvorrichtung zur Ermittlung der Kolbenposition vorgesehen ist, wobei die
Kolbenstanddetektionsvorrichtung insbesondere einen Absolutwinkelgeber und/oder einen Induktivsensor umfasst. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Position des Kolbens zu ermitteln. Basierend auf der ermittelten Kolbenposition kann entschieden werden ob ein konventioneller oder ein erweiterter Direktstart durchführbar ist. Ferner ist es dadurch möglich zu ermitteln, ob die Kurbelwelle und/oder die Kolben mittels einer gegebenenfalls vorgesehenen Stellvorrichtung gestellt und/oder gedreht werden muss.
Der Direktstart stellt besondere Anforderungen an die Erfassung der
Kurbelwellenposition. Der üblicherweise an einem Verbrennungsmotor verbaute
Sensor, insbesondere ein induktive Sensor, welcher anhand eines Geberrades die Drehzahl bzw. Kurbelwellenposition bestimmt, ist für die Positionserkennung in der Regel ungeeignet. Dieser Sensor kann sowohl an der Vorderseite als auch an der Abtriebsseite des Motors angeordnet sein. Das liegt insbesondere daran, dass diese Konfiguration auf einem inkrementellen Messprinzip basiert und erst nach mindestens einer vollständigen Umdrehung mit gleichzeitigem Abgleich der Kurbelwellen- und der Einlassnockenwellenstellung der Verdrehwinkel, bezogen auf den oberen Totpunkt im Arbeitstakt (Zünd-OT bzw. ZOT) des Zylinders, bestimmt werden kann. Da für den Direktstart die Position der Kurbelwelle auch bei Motorstillstand bzw. sofort nach dem Einschalten der Zündung oder nach einem Spannungsausfall bekannt sein muss, ist es vorteilhaft, einen Absolutwinkelgeber zu verwenden. Das ausgegebene Winkelsignal wird beispielsweise in Grad nach dem oberen Totpunkt im Arbeitstakt des Zylinders bezogen auf die Kurbelwelle, kurz °KWnZOTdZyl1 , angegeben. Zur Bestimmung des Kurbelwinkels, auch bezüglich Ladungswechsel- und Arbeitstakt, kann der Sensor mit einer der Nockenwellen verbunden sein und der Winkel gegebenenfalls von 0 bis 720°KWnZOTdZyl1 ausgegeben werden.
Beispielsweise kann der Absolutwinkelgeber mit der Auslassnockenwelle verbunden sein, womit die Position der Kurbelwelle zu jedem Zeitpunkt feststellbar oder
bestimmbar ist. Bevorzugt kommt ein induktiver Drehgeber zum Einsatz. Dieser arbeitet beispielsweise nach dem Wirbelstrom-Prinzip und ist für die Anwendung an
Verbrennungsmotoren hinsichtlich Temperatur-, Vibrations- und
Verschmutzungsunempfindlichkeit bestens geeignet. Der Sensor tastet beispielsweise mittels vier paarweise angeordneten Spulen eine leitfähige Spur, welche sich auf einem Rotor befindet, ab und generiert damit ein Sinus- und ein Cosinussignal. Diese beiden Signale werden bevorzugt direkt in das Motorsteuergerät eingelesen wodurch der Absolutwinkel bestimmt werden kann. Ein Vorteil dieses Prinzips ist, dass auch beim Übergang von 360° auf 0° zu jedem Zeitpunkt der Absolutwinkel verfügbar ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Druckluftquelle über eine Druckluftleitung mit dem Gasinjektor verbunden oder verbindbar ist, und dass der Brennstoffspeicher über eine Brennstoffleitung mit dem Gasinjektor verbunden oder verbindbar ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass im Verlauf der Druckluftleitung zwischen der Druckluftquelle und dem Gasinjektor ein Druckluftventil, insbesondere ein
Pneumatikventil, zur Steuerung und/oder Regelung des an den Gasinjektor geleiteten Druckluftvolumenstroms vorgesehen ist.
Dadurch ist es möglich, den an den Gasinjektor geleiteten Druckluftvolumenstrom aus der Druckluftquelle, insbesondere dem Druckluftspeicher, über das Druckluftventil, insbesondere das elektromagnetische Pneumatikventil, zu steuern und/oder zu regeln. Durch Betätigung des Druckluftventils kann die Verbindung zwischen dem Gasinjektor und der Druckluftquelle hergestellt und/oder unterbrochen werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass im Verlauf der Brennstoffleitung zwischen dem Brennstoffspeicher und dem Gasinjektor ein Brennstoff-Gasdruckregler, insbesondere ein Pneumatikventil, zur Steuerung und/oder Regelung des an den Gasinjektor geleiteten Brennstoffvolumenstroms vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich, den an den Gasinjektor geleiteten Brennstoffvolumenstrom aus dem Brennstoffspeicher über den Brennstoff-Gasdruckregler, insbesondere das elektromagnetische Pneumatikventil, zu steuern und/oder zu regeln. Durch Betätigung des Brennstoff-Gasdruckreglers kann die Verbindung zwischen dem Gasinjektor und dem Brennstoffspeicher hergestellt und/oder unterbrochen werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass im Verlauf der Druckluftleitung und im Verlauf der Brennstoffleitung, insbesondere unmittelbar vor dem Gasinjektor, je ein
Rückschlagventil vorgesehen sind, sodass eine Vermischung der Druckluft und der gasförmigen Brennstoffe in den Leitungen verhindert werden. Dadurch ist es möglich, eine Vermischung der Druckluft und des Brennstoffes in den Leitungen zu verhindern, insbesondere wenn die Rückschlagventile unmittelbar vor dem Gasinjektor vorgesehen sind. Ferner erfolgt durch die Rückschlagventile eine selbsttätige Unterbrechung der Druckluftleitung und/oder der Brennstoffleitung. Durch diese
Unterbrechung/Unterbrechungen wird/werden die Verbindung/Verbindungen zwischen der Druckluftquelle, insbesondere dem Druckluftspeicher und dem Gasinjektor und/oder Brennstoffspeicher und dem Gasinjektor getrennt. Ein Rückschlagventil lässt die
Strömung eines Fluids nur in eine Richtung zu und verhindert somit eine Vermischung des Brennstoffes und der Druckluft in den jeweiligen Leitungen und/oder im Gasinjektor.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine zur Steuerung der Auslaufposition der Kurbelwelle und/oder zur Steuerung der Auslaufposition der Kolben ausgebildete Auslaufsteuerungsvorrichtung vorgesehen ist,
und/oder dass der Verbrennungsmotor beziehungsweise die Direktstartanordnung mindestens eine zur Stellung der Kurbelwelle und/oder zur Stellung der Kolben ausgebildete Stellvorrichtung umfasst.
Durch die Auslaufsteuervorrichtung kann die Auslaufposition der Kurbelwelle und damit die Auslaufposition des Kolbens gesteuert werden. Dadurch ist es möglich, die Endlage des Kolbens oder der Kolben bei der Motorabschaltung zu steuern. Diese Endlage ist ausschlaggebend für die Durchführbarkeit des Direktstarts.
Durch die gegebenenfalls vorgesehene Stellvorrichtung ist es möglich, die Position der Kurbelwelle und/oder des Kolbens gezielt einzustellen. Dadurch ist es möglich, einen konventionellen als auch erweiterten Direktstart durchzuführen, wenn sich der Kolben nach dem Stillstand des Motors in einer Position befindet, in der kein Direktstart möglich ist, da die Kurbelwelle und/oder auch die Kolben mittels der Stellvorrichtung so eingestellt werden können, dass ein Direktstart möglich ist.
Da die Auslaufposition der Kurbelwelle bzw. der Kolben und damit der Startwinkel unter anderem ausschlaggebend für die Durchführbarkeit des Direktstarts ist, kann diese gegebenenfalls mittels einer gezielten Auslaufsteuerung aktiv beeinflusst werden.
Stellglieder hierfür sind zum Beispiel die Lichtmaschine, der Elektromotor eines
Hybridfahrzeuges und/oder ein Starter.
Ferner kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass durch die gezielte Verstellung der Drosselklappenposition während des Auslaufs, die Kurbelwelle und/oder der Kolben in einer Position zum Stillstand kommt, in welcher der Wiederstart mittels Direktstart erfolgen kann. Dabei kann abhängig von der Motordrehzahl und den Druckwerten im Saugrohr oder in den Brennräumen der Winkel der Drosselklappe eingestellt werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Auslaufsteuerung mittels einer variablen Ventilsteuerung die Gaswechselventile und damit die jeweiligen Drücke in den Brennräumen in Folge von Expansion und Kompression beim Auslauf gezielt steuert. Diese Drücke generieren Kolbenkräfte und daraus resultierende Momente an der Kurbelwelle, wodurch eine optimale Auslaufposition für den Wiederstart erlangt werden kann.
Gegebenenfalls kann auch die Ölpumpe als Stellvorrichtung verwendet werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass neben der Positionierung der Kurbelwelle beim Auslauf darauf geachtet wird, dass der Anteil an Abgas in den Brennräumen so gering wie möglich gehalten wird, um dadurch die Energieeinträge der ersten
Verbrennung des Direktstarts nicht zu reduzieren.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mindestens eine
Zündvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die in den Brennraum der Zylinder eingebrachten Medien, insbesondere den gasförmigen Brennstoff
gegebenenfalls das gasförmige Brennstoff-Luft-Gemisch, zu entzünden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mehrere Zylinder vorgesehen sind, wobei jeder Zylinder mit je einem Brennraum und einem mit der Kurbelwelle wirkverbundenen Kolben versehen ist, wobei jedem Zylinder ein Gasinjektor zur Einblasung,
insbesondere zur Direkteinblasung, des gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum des jeweiligen Zylinders zugeordnet ist, wobei mindestens einer der Gasinjektoren zur Einbringung von Druckluft in den Brennraum während einer ersten Phase des
Direktstartvorganges mit der Druckluftquelle, insbesondere mit dem Druckluftspeicher, verbunden ist, und wobei mindestens einer der Gasinjektoren zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während des Regelbetriebs und zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während einer zweiten Phase des Direktstartvorganges mit dem Brennstoffspeicher verbunden ist. Der Verbrennungsmotor kann gemäß dieser Ausführungsform auch mehrere Zylinder umfassen, wobei die Direktstartanordnung des Verbrennungsmotors für das Starten eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern ausgebildet ist. In der ersten Phase des Direktstartvorgangs kann nun beispielsweise Druckluft aus der Druckluftquelle, insbesondere dem Druckluftspeicher, über den Gasinjektor eines Zylinders in dessen Brennraum eingebracht werden. In der zweiten Phase des Direktstartvorgangs und während des Regelbetriebs kann dann gasförmiger Brennstoff aus dem
Brennstoffspeicher über den Gasinjektor eines Zylinders in dessen Brennraum eingebracht werden. Die erfindungsgemäße Direktstartanordnung ist bevorzugt dazu geeignet, einen Direktstart in jedem beliebigen Zylinder des Motors durchzuführen. Dadurch ist es möglich, in dem Zylinder mit der für den Direktstart am besten geeigneten Kolbenposition einen Direktstart durchzuführen. Ferner ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Direktstartanordnung gegebenenfalls möglich, den Direktstart zeitgleich oder nacheinander in mehreren Zylindern durchzuführen.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor als CNG-betriebener Dreizylindermotor oder dergleichen ausgebildet ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Direktstartanordnung startermotorfrei ausgebildet ist.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Starten eines
erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einer Direktstartanordnung umfassend folgende Schritte:
Durchführen einer Kolbenstandsbestimmung durch Erfassen und/oder Einstellen der Stellung mindestens eines Kolbens des Verbrennungsmotors, Durchführen einer ersten Phase des Direktstartvorgangs durch Einleiten von Druckluft in den Brennraum des mindestens einen Zylinders, wobei die Druckluft durch den Gasinjektor in den
Brennraum geleitet wird, Durchführen einer zweiten Phase des Direktstartvorgangs durch anschließendes Einleiten von gasförmigem Brennstoff in den mit Druckluft gefüllten Brennraum des Zylinders, wobei der gasförmigem Brennstoff durch den Gasinjektor in den Brennraum geleitet wird und anschließend Starten des
Verbrennungsmotors durch Zünden des in den Brennraum eingebrachten Gemisches aus Druckluft und Brennstoff mittels der Zündvorrichtung. Bevorzugt werden diese Schritte genau in dieser Reihenfolge durchgeführt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Kolbenstandsbestimmung folgende Schritte umfasst:
Erfassen der Stellung des mindestens einen Kolbens des Verbrennungsmotors durch eine Kolbenstanddetektionsvorrichtung, insbesondere durch einen Absolut-Winkelgeber und/oder einen Induktivsensor; und/oder Einstellen der Stellung des mindestens einen Kolbens des Verbrennungsmotors durch Positionieren des Kolben durch eine
Stellvorrichtung, insbesondere durch Drehen der Kurbelwelle mit einem Antrieb, und/oder Einstellen der Stellung des mindestens eines Kolben des
Verbrennungsmotors durch Positionieren des Kolbens durch Beeinflussung des
Motorauslaufs durch eine Auslaufsteuerungsvorrichtung, insbesondere durch eine auf die Kurbelwelle wirkende Bremseinrichtung.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bestimmen oder Berechnen des Volumens des Brennraumes dieses Zylinders durch die erfasste Kolbenstellung und/oder Bestimmen oder Berechnen der benötigten Menge an Druckluft und an gasförmigem Brennstoff und/oder der jeweilig zugehörigen
Öffnungsdauer des Injektors. Bevorzugt werden diese Schritte genau in dieser
Reihenfolge durchgeführt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Öffnen des Druckluftventils um Druckluft in die Druckluftleitung einzubringen, wodurch Druck in den Druckluftleitungen aufgebaut wird, Öffnen des Gasinjektors bzw. des Gasinjektorstellglieds für die berechnete Öffnungsdauer, wodurch die berechnete Druckluftmenge in den Brennraum eingebracht wird, Schließen des Gasinjektors, Schließen des Druckluftventils, Steuern und/oder Regeln des Brennstoff- Gasdruckreglers um den gasförmigen Brennstoff in die Brennstoffleitungen
einzubringen, wodurch Druck in den Brennstoffleitungen aufgebaut wird, Öffnen des Gasinjektors für die berechnete Öffnungsdauer, wodurch die berechnete Menge an gasförmigen Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird,
Schließen des Gasinjektors, bzw. des Gasinjektorstellglieds, Ansteuern, insbesondere mehrmaliges Ansteuern, der Zündvorrichtung um die eingebrachten Medien, insbesondere den gasförmigen Brennstoff, im Brennraum zu entzünden. Bevorzugt werden diese Schritte genau in dieser Reihenfolge durchgeführt.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung oder die Berechnung der benötigten Menge an Druckluft und/oder der Menge an gasförmigem Brennstoff und/oder der jeweiligen zugehörigen Öffnungsdauer des Gasinjektors in Abhängigkeit des Druckes in der Druckluftquelle und/oder in dem Brennstoffspeicher und/oder in der Druckluftleitung und/oder in der Brennstoffleitung erfolgt.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor mindestens ein Steuergerät umfasst, welches dazu eingerichtet ist, mindestens ein Druckluftventil, , mindestens einen Brennstoff-Gasdruckregler, die Zündvorrichtung und/oder , mindestens einen Gasinjektor oder , mindestens ein Gasinjektorstellglied, zu regeln oder zu steuern. Ferner kann das Steuergerät dazu eingerichtet sein, die
Kolbenstanddetektionsvorrichtung, die Stellvorrichtung und/oder die
Auslaufsteuervorrichtung zu regeln oder zu steuern.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der gasförmige Brennstoff Compressed Natural Gas (CNG), insbesondere Erdgas, Propan, Butan oder
dergleichen ist.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich gegebenenfalls aus den
Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor ausschließlich durch Verbrennung des gasförmigen Brennstoffes in Drehung versetzt und damit gestartet werden kann. Die für einen Direktstart erforderliche Verbrennungsluft kann
gegebenenfalls nur für den Start des Motors durch den dem Zylinder zugeordneten Injektor in den Brennraum eingebracht werden. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der Start des Motors ohne zusätzliche Einbringvorrichtungen und ohne der Unterstützung eines Startergenerators ermöglicht wird. Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher, Ausführungsbeispiele erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fließbilds des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einer Direktstartanordnung.
Fig.2 zeigt unter anderem eine schematische Schnittdarstellung eines Zylinders des
Verbrennungsmotors, insbesondere eines Zylinders aus Fig. 1 .
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Kurbelwinkelbereiche, in denen ein konventioneller oder ein erweiterter Direktstart durchführbar ist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Kurbelwinkelbereiche, in denen, bei einer beispielhaften Ausführungsform, ein konventioneller oder ein erweiterter
Direktstart durchführbar ist.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden
Komponenten:
Verbrennungsmotor 1 , Zylinder 2, Brennraum 3, Kolben 4, Brennstoffspeicher 5, Gasinjektor 6, Druckluftquelle 7, Gasinjektorstellglied 8, Druckluftleitung 9,
Brennstoffleitung 10, Druckluftventil 1 1 , Brennstoff-Gasdruckregler 12, Rückschlagventil 13, Auslaufsteuerungsvorrichtung 14, Stellvorrichtung 15, Zündvorrichtung 16,
Steuergerät 17, Kompressionsphase 18, Kolbenstanddetektionsvorrichtung 19,
Expansionsphase 20.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fließbilds des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 mit einer Direktstartanordnung. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst eine Kurbelwelle und drei Zylinder 2. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst ferner einen Brennstoffspeicher 5 für einen gasförmig einzubringenden oder eingebrachten Brennstoff. Jedem Zylinder 2 ist ein Gasinjektor 6 zur Einblasung, insbesondere zur Direkteinblasung, des gasförmigen Brennstoffs aus dem Brennstoffspeicher 5 in den Zylinder 2 zugeordnet. Der Verbrennungsmotor 1 bzw. die Direktstartanordnung des Verbrennungsmotors 1 umfasst eine Druckluftquelle 7. Durch diese Druckluftquelle 7 kann Druckluft für den Direktstartvorgang bereitgestellt werden.
In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gasinjektor 6 zur Einbringung von Druckluft aus der Druckluftquelle 7 in den Zylinder 2 während einer ersten Phase des Direktstartvorgangs mit der Druckluftquelle 7 verbunden ist. In einer zweiten Phase des Direktstartvorgangs und während des Regelbetriebs ist der Gasinjektor 6 zur
Einbringung von gasförmigem Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher 5 mit dem
Brennstoffspeicher 5 verbunden. Somit ist es möglich, durch denselben Gasinjektor 6 Druckluft aus der Druckluftquelle 7 und/oder gasförmigen Brennstoff aus dem
Brennstoffspeicher 5 in den Zylinder 2 einzubringen. Die Gasinjektoren 6 sind in dieser Ausführungsform als CNG-Direkteinblasinjektoren ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass am Gasinjektor 6 ein steuerbares und/oder regelbares Gasinjektorstellglied 8
vorgesehen ist, welches zur Beeinflussung des durch den Gasinjektor 6 in den Zylinder 2 eingebrachten Gasdurchflusses eingerichtet ist.
Der Verbrennungsmotor 1 umfasst eine Kolbenstanddetektionsvorrichtung 19, welche zur Ermittlung der Kolbenposition und/oder der Position der Kurbelwelle ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist die Kolbenstanddetektionsvorrichtung 19 ein
Absolutwinkelgeber.
Die Druckluftquelle 7 ist über Druckluftleitungen 9 mit dem Gasinjektor 6 verbunden und/oder verbindbar. Der Brennstoffspeicher 5 ist über Brennstoffleitungen 10 mit dem Gasinjektor 6 verbunden und/oder verbindbar. Somit ist es möglich, über die
Druckluftleitungen 9 und die Gasinjektoren 6 Druckluft in die Zylinder 2 einzubringen. Über die Brennstoffleitungen 10 kann Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher 5 über die Gasinjektoren 6 in den Zylinder 2 eingebracht werden. Im Verlauf der Druckluftleitungen 9, zwischen der Druckluftquelle 7 und dem Gasinjektor 6 ist ein Druckluftventil 1 1 vorgesehen. Dieses Druckluftventil 1 1 ist zur Steuerung und/oder Regelung des an den Gasinjektor 6 geleiteten Druckluftvolumenstroms ausgebildet. In dieser
Ausführungsform ist das Druckluftventil 1 1 als elektromagnetisches Pneumatikventil ausgeführt. Durch Betätigung des Druckluftventils 1 1 kann die Verbindung zwischen dem Gasinjektor 6 und der Druckluftquelle 7 hergestellt und/oder unterbrochen werden. Im Verlauf der Brennstoffleitungen 10 ist zwischen dem Brennstoffspeicher 5 und dem Gasinjektor 6 ein Brennstoff-Gasdruckregler 12 vorgesehen. Der Brennstoff- Gasdruckregler 12 ist zur Steuerung und/oder Regelung des an den Gasinjektor 6 geleiteten Brennstoffvolumenstroms ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist der Brennstoff-Gasdruckregler 12 als elektromagnetisches Pneumatikventil ausgeführt. Durch Betätigung des Brennstoff-Gasdruckreglers 12 kann die Verbindung zwischen dem Gasinjektor 6 und dem Brennstoffspeicher 5 hergestellt und/oder unterbrochen werden.
Der Verbrennungsmotor 1 umfasst ferner eine zur Steuerung der Auslaufposition der Kurbelwelle ausgebildete Auslaufsteuerungsvorrichtung 14. Diese
Auslaufsteuerungsvorrichtung 14 ist zur Steuerung des Auslaufs und damit auch der Auslaufposition der Kurbelwelle und somit der Kolbenposition ausgebildet. Ferner umfasst der Verbrennungsmotor 1 in dieser Ausführungsform eine Stellvorrichtung 15. Diese Stellvorrichtung 15 ist zur Stellung der Kurbelwelle und/oder zur Stellung der Kolben eingerichtet.
Der Verbrennungsmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Steuergerät 17. Das Steuergerät 17 ist dazu eingerichtet, die Druckluftventile 1 1 , die Brennstoff- Gasdruckregler 12, die Zündvorrichtungen 16, den Gasinjektor 6, die
Kolbenstanddetektionsvorrichtung 19, die Auslaufsteuerungsvorrichtung 14 und/oder die Stellvorrichtung 15 zu regeln und/oder zu steuern.
Fig. 2 zeigt unter anderem eine schematische Schnittdarstellung eines Zylinders 2 des Verbrennungsmotors 1 , insbesondere eines Zylinders 2 aus Fig. 1 . Der
Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Brennstoffspeicher 5, welcher mittels einer Brennstoffleitung 10 mit dem Gasinjektor 6 verbunden und/oder verbindbar ist. An der Brennstoffleitung 10 ist ein Brennstoff-Gasdruckregler 12 angeordnet. Am Gasinjektor 6 ist ein steuerbares und regelbares Gasinjektorstellglied 8 angeordnet. Der
Verbrennungsmotor 1 bzw. die Direktstartanordnung des Verbrennungsmotors 1 umfasst ferner eine Druckluftquelle 7, welche über eine Druckluftleitung 9 mit dem Gasinjektor 6 verbunden und/oder verbindbar ist. An der Druckluftleitung 9 ist ein Druckluftventil 1 1 angeordnet. Unmittelbar vor dem Gasinjektor 6 sind an der
Druckluftleitung 9 als auch der Brennstoffleitung 10 jeweils ein Rückschlagventil 13 angeordnet. Im Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 ist ein Kolben 4 sowie eine Zündvorrichtung 16 und der Brennraum 3 vorgesehen.
Durch die Rückschlagventile 13 wird eine Vermischung der Druckluft und des gasförmigen Brennstoffs in den Druckluftleitungen 9 als auch den Brennstoffleitungen 10 verhindert. Die Rückschlagventile 13 lassen die Strömung der Fluide, der Druckluft und des gasförmigen Brennstoffs, nur in eine Richtung zu.
In dem Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 ist eine Zündvorrichtung 16 vorgesehen. Die Zündvorrichtung 16 ist dazu eingerichtet, die in den Brennraum 3 der Zylinder 2 eingebrachten Medien, insbesondere den gasförmigen Brennstoff, zu entzünden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Kurbelwinkelbereiche, in denen ein konventioneller oder ein erweiterter Direktstart durchführbar ist, wobei der
Verbrennungsmotor des Diagramms insbesondere gemäß Fig. 1 und/oder Fig. 2 ausgebildet sein kann. Zyl. 1 , Zyl. 2, Zyl. 3, steht für die drei Zylinder des
Verbrennungsmotors 1 , ZOT steht für die Kurbelwinkelposition des oberen Totpunktes der Arbeits-Phase bzw. an dem Totpunkt an dem gezündet wird des jeweiligen
Zylinders 2 und °KW steht für Grad Kurbelwinkel. In diesem Diagramm ist die
Kompressionsphase 18 des jeweiligen Zylinders 2 und die Expansionsphase 20 des jeweiligen Zylinders 2 eingezeichnet. Befindet sich ein Zylinder 2 des
Verbrennungsmotors 1 in der Kompressionsphase 18, ist gegebenenfalls ein erweiterter Direktstart durchführbar. Ist der jeweilige Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 in seiner Expansionsphase 20, ist gegebenenfalls ein konventioneller Direktstart durchführbar. Durch die Kolbenstanddetektionsvorrichtung 19 kann die Stellung der Kurbelwelle und der Kolben 4 ermittelt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit Hilfe der Auslaufsteuerungsvorrichtung 14 die Auslaufposition der Kurbelwelle und damit die Position der Kolben 4 gesteuert werden soll. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass mit einer Stellvorrichtung 15 die Position der Kurbelwelle und/oder die Position der Kolben eingestellt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Kurbelwinkelbereiche, in denen ein konventioneller oder ein erweiterter Direktstart durchführbar ist. Zyl. 1 , Zyl. 2, Zyl. 3, steht für die drei Zylinder des Verbrennungsmotors 1 , ZOT steht für die
Kurbelwinkelposition des oberen Totpunktes an dem gezündet wird
des jeweiligen Zylinders 2 und °KW steht für Grad Kurbelwinkel. Die in dieser Figur eingezeichneten Bereiche beziehen sich auf einen CNG-betriebenen Dreizylindermotor, welcher keine Auslaufsteuerungsvorrichtung 14 und keine Stellvorrichtung 15 umfasst. In dieser Ausführungsform kann die Kurbelwelle an Positionen zum Stillstand kommen, an welchen der Wiederstart mittels Direktstart trotz der Ladungserhöhung nicht möglich ist. Daraus ergeben sich in dieser Ausführungsform sowohl für den konventionellen als auch den erweiterten Direktstart jeweils ein Fenster im Bereich der oberen Totpunkte von etwa 10° Kurbelwinkel, in dem kein Direktstart durchgeführt werden kann. In Richtung der unteren Totpunkte entsteht in dieser Ausführungsform ein Bereich von etwa 30° Kurbelwinkel bzw. 25° Kurbelwinkel, an dem der Direktstart nicht anwendbar ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verbrennungsmotor (1 ) mit einer Direktstartanordnung,
wobei der Verbrennungsmotor (1 ) eine Kurbelwelle, mindestens einen Zylinder (2) mit einem Brennraum (3) und einem Kolben (4), einen Brennstoffspeicher (5) für einen gasförmig in den Brennraum (3)
einzubringenden oder eingebrachten Brennstoff und mindestens einen dem Zylinder (2) zugeordneten Gasinjektor (6) zur Einblasung, insbesondere zur Direkteinblasung, des gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum (3) des Zylinders (2) umfasst,
wobei die Direktstartanordnung eine Druckluftquelle (7), insbesondere einen Druckluftspeicher, zur Bereitstellung von Druckluft für den Direktstartvorgang umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckluftquelle (7) während des Direktstartvorgangs, zur Einbringung der Druckluft durch den Gasinjektor (6) in den Brennraum (3), mit dem Gasinjektor (6) verbunden ist.
2. Verbrennungsmotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass der Gasinjektor (6) zur Einbringung von Druckluft in den Brennraum (3) während einer ersten Phase des Direktstartvorganges mit der Druckluftquelle (7) verbunden ist,
und dass der Gasinjektor (6) zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während des Regelbetriebs und zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während einer zweiten Phase des Direktstartvorganges mit dem
Brennstoffspeicher (5) verbunden ist.
3. Verbrennungsmotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasinjektor (6) wahlweise mit der Druckluftquelle (7) oder mit dem
Brennstoffspeicher (5) verbunden ist.
4. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Gasinjektor (6) ein CNG-Direkteinblasinjektor ist.
5. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasinjektor (6) ein steuerbares und/oder regelbares Gasinjektorstellglied (8) zur Beeinflussung des durch den Gasinjektor (6) in den Brennraum (3) eingebrachten Gasdurchflusses umfasst.
6. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Kolbenstanddetektionsvorrichtung (19) zur Ermittlung der Kolbenposition vorgesehen ist, wobei die Kolbenstanddetektionsvorrichtung (19) insbesondere einen Absolut-Winkelgeber und/oder einen Induktivsensor umfasst.
7. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet
dass die Druckluftquelle (7) über eine Druckluftleitung (9) mit dem Gasinjektor (6) verbunden oder verbindbar ist,
und dass der Brennstoffspeicher (5) über eine Brennstoffleitung (10) mit dem Gasinjektor (6) verbunden oder verbindbar ist.
8. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Verlauf der Druckluftleitung (9) zwischen der
Druckluftquelle (7) und dem Gasinjektor (6) ein Druckluftventil (1 1 ), insbesondere ein Pneumatikventil, zur Steuerung und/oder Regelung des an den Gasinjektor (6) geleiteten Druckluftvolumenstroms vorgesehen ist.
9. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Verlauf der Brennstoffleitung (1 0) zwischen dem
Brennstoffspeicher (5) und dem Gasinjektor (6) ein Brennstoff-Gasdruckregler (12), insbesondere ein Pneumatikventil, zur Steuerung und/oder Regelung des an den Gasinjektor (6) geleiteten Brennstoffvolumenstroms vorgesehen ist.
10. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Verlauf der Druckluftleitung (9) und/oder im Verlauf der Brennstoffleitung (10), insbesondere unmittelbar vor dem Gasinjektor (6), ein Rückschlagventil (13) vorgesehen ist, wodurch eine Vermischung der Druckluft und der gasförmigen Brennstoffe in den Leitungen verhindert ist.
1 1 . Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine zur Steuerung der Auslaufposition der Kurbelwelle und/oder zur Steuerung der Auslaufposition der Kolben ausgebildete
Auslaufsteuerungsvorrichtung (14) vorgesehen ist,
und/oder dass der Verbrennungsmotor (1 ) beziehungsweise die
Direktstartanordnung mindestens eine zur Stellung der Kurbelwelle und/oder zur Stellung der Kolben ausgebildete Stellvorrichtung (15) umfasst.
12. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1 ) mindestens eine
Zündvorrichtung (16) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die in den Brennraum (3) des Zylinders (2) eingebrachten Medien, insbesondere das gasförmige
Brennstoff-Luft-Gemisch, zu entzünden.
13. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass mehrere Zylinder (2) vorgesehen sind, die nach einem der
vorangegangenen Ansprüchen ausgebildet sind,
dass jeder Zylinder (2) mit je einem Brennraum (3) und einem mit der
Kurbelwelle wirkverbundenen Kolben (4) versehen ist,
dass jedem Zylinder (2) ein Gasinjektor (6) zur Einblasung, insbesondere zur
Direkteinblasung, des gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum (3) des jeweiligen Zylinders (2) zugeordnet ist,
dass mindestens einer der Gasinjektoren (6) zur Einbringung von Druckluft in den Brennraum (3) während einer ersten Phase des Direktstartvorganges mit der Druckluftquelle (7) verbunden ist,
und dass mindestens einer der Gasinjektoren (6) zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während des Regelbetriebs und zur Einbringung von gasförmigem Brennstoff während einer zweiten Phase des
Direktstartvorganges mit dem Brennstoffspeicher (5) verbunden ist.
14. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1 ) als CNG-betriebener
Dreizylindermotor oder dergleichen ausgebildet ist.
15. Verbrennungsmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Direktstartanordnung startermotorfrei ausgebildet ist.
16. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (1 ) mit einer
Direktstartanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte:
Durchführen einer Kolbenstandsbestimmung durch Erfassen und/oder Einstellen der Stellung mindestens eines Kolbens (4) des
Verbrennungsmotors (1 ),
Durchführen einer ersten Phase des Direktstartvorgangs durch Einleiten von Druckluft in den Brennraum (3) des mindestens einen Zylinders (2), wobei die Druckluft durch den Gasinjektor (6) in den Brennraum (3) geleitet wird, Durchführen einer zweiten Phase des Direktstartvorgangs durch
anschließendes Einleiten von gasförmigem Brennstoff in den mit Druckluft gefüllten Brennraum (3) des Zylinders (2), wobei der gasförmigem Brennstoff durch den Gasinjektor (6) in den Brennraum (3) geleitet wird,
und anschließend Starten des Verbrennungsmotors (1 ) durch Zünden des in den Brennraum (3) eingebrachten Gemisches aus Druckluft und Brennstoff durch die Zündvorrichtung (16).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kolbenstandsbestimmung folgende Schritte umfasst:
Erfassen der Stellung des mindestens einen Kolbens (4) des
Verbrennungsmotors (1 ) durch eine Kolbenstanddetektionsvorrichtung (19), insbesondere durch einen Absolut-Winkelgeber und/oder einen
Induktivsensor,
und/oder Einstellen der Stellung des mindestens einen Kolbens (4) des Verbrennungsmotors (1 ) durch Positionieren des Kolben (4) durch eine Stellvorrichtung (15), insbesondere durch Drehen der Kurbelwelle mit einem Antrieb, und/oder Einstellen der Stellung des mindestens eines Kolbens (4) des Verbrennungsmotors (1 ) durch Positionieren des Kolbens (4) durch Beeinflussung des Motorauslaufs durch eine Auslaufsteuerungsvorrichtung (14), insbesondere durch eine auf die Kurbelwelle wirkende
Bremseinrichtung.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, umfassend folgenden Schritte:
Bestimmen oder Berechnen des Volumens des Brennraumes (3) dieses Zylinders (2) durch die erfasste Kolbenstellung,
Bestimmen oder Berechnen der benötigten Menge an Druckluft und an gasförmigem Brennstoff und/oder der jeweilig zugehörigen Öffnungsdauer des Injektors.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, umfassend folgenden Schritte:
Öffnen des Druckluftventils (1 1 ), um Druckluft in die Druckluftleitung (9) einzubringen, wodurch Druck in den Druckluftleitungen (9) aufgebaut wird, Öffnen des Gasinjektors (6) für die berechnete Öffnungsdauer, wodurch die berechnete Druckluftmenge in den Brennraum (3) eingebracht wird, Schließen des Gasinjektors (6),
Schließen des Druckluftventils (1 1 ),
Steuern und/oder Regeln des Brennstoff-Gasdruckreglers um den gasförmigen Brennstoff in die Brennstoffleitungen (10) einzubringen, wodurch Druck in den Brennstoffleitungen (10) aufgebaut wird,
Öffnen des Gasinjektors (6) für die berechnete Öffnungsdauer, wodurch die berechnete Menge an gasförmigen Brennstoff in den Brennraum (3) eingebracht wird,
Schließen des Gasinjektors,
Ansteuern, insbesondere mehrmaliges Ansteuern, der Zündvorrichtung (16), um die eingebrachten Medien, insbesondere den gasförmigen Brennstoff, im Brennraum (3) zu entzünden.
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