WO2021094172A1 - Verfahren zum starten einer verbrennungskraftmaschine per direktstart - Google Patents

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WO2021094172A1
WO2021094172A1 PCT/EP2020/081021 EP2020081021W WO2021094172A1 WO 2021094172 A1 WO2021094172 A1 WO 2021094172A1 EP 2020081021 W EP2020081021 W EP 2020081021W WO 2021094172 A1 WO2021094172 A1 WO 2021094172A1
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direct start
internal combustion
combustion engine
direct
fuel
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Philipp Gorontzi
Thomas Pausch
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Daimler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N2300/20—Control related aspects of engine starting characterised by the control method
    • F02N2300/2002—Control related aspects of engine starting characterised by the control method using different starting modes, methods, or actuators depending on circumstances, e.g. engine temperature or component wear

Definitions

  • the invention relates to a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle by direct starting according to the preamble of claim 1.
  • Such a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle, is already known, for example, from DE 103 06 145 A1.
  • a direct start process provided to bring about a direct start of the internal combustion engine is carried out, in which fuel, in particular liquid fuel, is injected directly into at least one combustion chamber of the internal combustion engine, whereby a mixture comprising the injected fuel and air is generated in the combustion chamber.
  • the object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the beginning in such a way that the internal combustion engine can be started with a particularly high probability by direct start.
  • Direct starting processes in which, for the respective enrichment of the mixture taken up in the combustion chamber, fuel, that is to say further quantities of fuel, is or are injected directly into the combustion chamber, so often in succession and preferably in time be carried out at a distance from one another until at least one termination criterion is met.
  • the respective direct start process also includes, for example, at least one ignition that is carried out to ignite the mixture.
  • the further direct start processes are carried out in which the fuel is injected into the combustion chamber and a respective ignition is carried out. Because a further amount of fuel is injected directly into the combustion chamber during the respective further direct start process, this respective amount of fuel is added to the fuel previously introduced into the combustion chamber as part of the respective previously performed direct start process, whereby the mixture with each further direct start process is enriched, that is, it becomes more rich. As a result, the probability that the internal combustion engine will be started by direct start can be particularly high. In other words, compared to conventional solutions, the method enables an improvement in the so-called burn rate of time-based combustion. As a result of the successive execution of the direct start processes and thus the associated repetition of the injection and the ignition, an ignitable area with a high combustion rate is passed through, for example, so that the internal combustion engine can be started with a particularly high probability by direct start.
  • the direct start is a first type of starting the internal combustion engine, this first type also being referred to as the first starting type.
  • a second type of start for starting the internal combustion engine is, for example, that an output shaft of the internal combustion engine, for example designed as a crankshaft, is driven and rotated from outside the internal combustion engine, i.e. for example by means of a starter motor provided in addition to the internal combustion engine, designed separately from the internal combustion engine and, for example, designed as an electric motor while fuel is being introduced into the combustion chamber and ignitions are being carried out, in particular until a starting speed is exceeded or until the output shaft is driven by combustion processes taking place in the combustion chamber.
  • Direct start is to be understood in particular as meaning that the initially deactivated internal combustion engine, that is to say it is in a deactivated state, whose output shaft, for example designed as a crankshaft, stands still during the deactivated state and while the motor vehicle is at a standstill, in particular while the motor vehicle is at a standstill started, i.e. transferred to an activated state, without the output shaft being rotated to start the internal combustion engine by means of a starter that is provided in addition to the internal combustion engine and configured separately from the internal combustion engine, for example as an electric motor, in particular when the motor vehicle is at a standstill.
  • a starter that is provided in addition to the internal combustion engine and configured separately from the internal combustion engine, for example as an electric motor, in particular when the motor vehicle is at a standstill.
  • the direct start is therefore an alternative method to the second type of start for starting the internal combustion engine, which is also referred to as an internal combustion engine.
  • the direct start is started without an external starting torque, which is impressed on the output shaft by means of a starter, for example.
  • the internal combustion engine also referred to simply as an engine, is accelerated or started from its rest position with direct start only by combustion in the combustion chamber.
  • the fuel-air mixture or fuel-air mixture in the combustion chamber which is at least partially delimited by a cylinder, for example, only has a certain fuel-air ratio, which is also referred to as lambda or combustion air ratio has a hundred percent burn rate.
  • the burn rate is defined as the ratio of successful, time-based burns to start attempts, i.e. to carry out the direct start process.
  • the direct start process is referred to as a start attempt. If an ignition to ignite the mixture is carried out or triggered during the respective start attempt, which, however, does not lead or has not led to a combustion in the combustion chamber, the start attempt is unsuccessful.
  • a lean limit or the minimum combustion air ratio from which a burning rate of greater than 0 percent is achieved is denoted by A min
  • a rich limit or the maximum combustion air ratio from which ignition or combustion of the mixture that can be caused by ignition is no longer possible and thus the firing rate is 0 percent
  • a ma x In the range between Amin and A ma x the focal ratio is greater than 0 percent.
  • there is an optimal combustion air ratio which is also referred to as A opt .
  • One advantage of the invention is, in particular, to increase the probability, also referred to as the start probability, that the direct start process is successful and leads to the direct start of the internal combustion engine, even if the filling of the combustion chamber or cylinder cannot be precisely determined.
  • the first direct start process is carried out, for example, so that, for example, a first injection that can be carried out as a single or multiple injection, whereby the mixture with A min is generated in the combustion chamber, for example.
  • the mixture formed by the first direct start process is enriched so often and ignition is carried out until a successful start of rotation has been achieved or, for example, the maximum fat limit A max has been exceeded or the start has to be aborted due to an ignition of the mixture which, however, did not lead to the engine start, or another abort criterion is met.
  • the start of rotation is understood to mean that the output shaft begins to rotate. The start of rotation is determined, for example, in that an at least partial rotation of the output shaft is determined, in particular detected.
  • the features that the mixture is enriched and a respective ignition is carried out is to be understood in particular that after the first direct start process, the further direct start processes are carried out until a successful start of rotation of the output shaft has been achieved.
  • fuel or respective quantities of fuel are additionally introduced into the combustion chamber and thus into the mixture formed by the first direct start process injected, which gradually enriches the mixture, thus reducing the combustion air ratio.
  • the aim of the method is in particular to go through a range starting from the minimum combustion air ratio or starting from A min , in particular by carrying out the further direct start processes, with an optimal combustion air ratio with a high burning rate, thus for example A opt, being present in the area mentioned To increase the ignition probability of the first time-based combustion of the direct start.
  • Different queries can be provided, which can lead to an abort of the direct start and thus, for example, to a request for a different start type, in particular the first start type.
  • This is, for example, a query that checks whether the current combustion air ratio exceeds the fat limit.
  • Alternative queries are, for example, checking whether a maximum number of injections has been exceeded or a maximum period of time has been exceeded or checking a total amount or mass of injected fuel.
  • the queries can also be carried out or checked in combination with one another.
  • FIG. 1 shows a flow chart to illustrate a first embodiment of a method according to the invention
  • FIG. 2 shows a flow chart to illustrate a second embodiment of the method according to the invention
  • 3 shows a flow chart to illustrate a third embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 4 shows a flow chart to illustrate a fourth embodiment of the method according to the invention.
  • a first direct start process provided for effecting a direct start of the internal combustion engine is carried out, in which fuel, in particular liquid fuel, is injected directly into at least one combustion chamber and thus directly into at least one cylinder of the internal combustion engine, whereby a mixture comprising the injected fuel and air is generated in the combustion chamber.
  • the mixture is also referred to as the fuel-air mixture or the fuel-air mixture.
  • a first step S1 of the method the direct start is requested, for example from a control unit of the motor vehicle.
  • a second step S2 an injection mass of the fuel that is injected directly into the combustion chamber during the first direct start process is calculated and output.
  • the mixture formed by the first direct start process has a first combustion air ratio , which is also referred to as A sta n.
  • the first direct start process is carried out, during which the fuel, that is to say the injection mass provided and calculated for realizing A sta n, is injected directly into the combustion chamber.
  • the current combustion air ratio of the mixture denoted by A akt, is calculated.
  • step S5 of the method for example in the context of the first direct start process, ignition is carried out, which is provided for igniting the mixture formed in particular by the first direct start process.
  • step S6 of the method it is checked whether the first direct start process, that is, the injection of the fuel and the ignition, has resulted in a rotation of an output shaft of the internal combustion engine, which is designed as a crankshaft, for example. If this is the case, then in a seventh step S7 it is checked whether the internal combustion engine, also referred to as an engine or internal combustion engine, was started by direct start. If this is the case, the method ends in an eighth step S8.
  • step S7 If it is determined in the seventh step S7 that the engine has not been started, then a different type of start is requested, which is different from the direct start, by means of which the internal combustion engine is then started. If it is determined in the sixth step S6 that the output shaft does not rotate despite the implementation of the first direct start process, so that the first direct start process was unsuccessful and therefore did not lead to the direct start of the internal combustion engine, then in a tenth step S10 of method A a ct compared with a limit value A max .
  • the limit A ma x is a fat limit from which the mixture is so fat that ignition definitely can not result in combustion of the mixture. In particular, in the tenth step S10 of the method, it is checked whether A akt is still smaller than A max .
  • the other type of start is requested in the ninth step S9.
  • a akt is less than A max
  • a further, new amount of fuel is calculated in an eleventh step S11 of the method, which is, for example, injected directly into the combustion chamber in the further direct start process following the first direct start process.
  • a respective amount of the fuel is determined and output, which is introduced directly into the combustion chamber in the respective further direct start process.
  • the eleventh step S11 is then followed again by steps S3, S4, S5 and S6, but then with regard to the respective further direct start processes.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the method.
  • the termination criterion is met if this is the case in the fourth step S4, for example determined, in particular calculated, combustion air ratio A a kt falls below the limit value A max.
  • step S10 shows a second embodiment in which the termination criterion is met if a number of direct start processes carried out is greater than a threshold value that is greater than 1, in particular 2.
  • a threshold value that is greater than 1, in particular 2.
  • the first embodiment thus provides for a query or a limitation of the combustion air ratio. After the request for a direct start and the relatively imprecise calculation of the cylinder charge, a basic fuel mass is first injected so that a mixture with a
  • Combustion air ratio of Astart arises, whereby this combustion air ratio should be slightly richer than a lean limit A min.
  • a check is carried out to determine whether the mixture with A s tan has been burned. This can be done, for example, by querying the speed or change in speed of the output shaft. If there is a change in the speed of the output shaft, the mixture has been successfully ignited or burned. If there has been a change in speed, it is checked whether the engine start was successful, for example by checking the speed or activating an idle controller. If this is the case, the start is considered successful, otherwise a different start type is requested, since residual gas is present in the combustion chamber and cannot be ignited in it.
  • the current air-fuel ratio A a kt greater than the rich limit A ma x it is first checked whether the current air-fuel ratio A a kt greater than the rich limit A ma x. If this is the case, a further quantity of fuel is injected.
  • This fuel quantity is in particular the minimum possible injection quantity of an injector, by means of which the fuel is injected into the combustion chamber, but it can also comprise a larger fuel quantity. It is also possible to divide this injection quantity over several injections. After the injection, the current A akt is calculated and can be used in the next cycle to be checked. After a successful injection, there can be not only one ignition attempt, but also several ignition attempts.
  • the second embodiment provides, in particular instead of checking the combustion air ratio, checking the number of separate injections, that is to say the number of direct start processes carried out. For this purpose, the determined number identified by z akt is compared with the threshold value identified by z max. If the number of injections carried out or direct start processes carried out is greater than the threshold value, that is to say if z act is greater than z max , the method is continued in step S9, otherwise the method is continued in step S11.
  • the embodiment illustrated in FIG. 3 provides for a check of a time that has elapsed, for example, since the beginning or the end of the first direct start process.
  • step S10 for example, the time that has elapsed since the beginning or end of the first direct start process or any time is determined and compared with a time limit t max . If it is greater than t max , the method is continued with step S9. If not greater than t max , the method is continued with step S11. Overall, it can be seen that the time is a period of time which is checked. The elapsed time is compared to a maximum duration in the form of the time limit. If t max is exceeded, the direct start is aborted, otherwise the further direct start processes are carried out.
  • the fourth embodiment illustrated in FIG. 4 is, for example, a combination of the first embodiment and the third embodiment.
  • the step S10 of the fourth embodiment corresponds, for example, to the step S10 of the first embodiment. If it is determined in step S10 of the fourth embodiment that A akt is not less than A max , the method is continued in step S10 'of the fourth embodiment.
  • the step S10 'of the fourth embodiment corresponds, for example, to the step S10 of the third embodiment. If it is determined in step S10 'that is greater than t max , the method according to the fourth embodiment is continued in step S11. If it is determined in step S10 'that t akt is not greater than t max , the method is continued in step S11 according to the fourth embodiment. If the query in step S10 'results in yes, then the process does not continue in step S11 but in step S9!
  • the fourth embodiment thus provides both a check of the combustion air ratio and a check of the time that has elapsed.
  • First for example, check whether the current air-fuel ratio A nude is above the limit fat A ma x. If this occurs, the other type of start is requested, namely in step S9. If the current combustion air ratio A nude below the rich limit A ma x, the time search described above is performed. The elapsed time is compared with the maximum time duration t max . If t max is exceeded, the direct start is aborted.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein zum Bewirken eines Direktstarts der Verbrennungskraftmaschine vorgesehener Direktstartvorgang durchgeführt wird, bei welchem Kraftstoff direkt in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, wodurch in dem Brennraum ein den eingespritzten Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch erzeugt wird, wobei wenn ermittelt wird, dass ein durch den Direktstartvorgang bewirkter Direktstart der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, weitere Direktstartvorgänge, bei welchen zur jeweiligen Anfettung des in dem Brennraum aufgenommenen Gemisches Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird, so oft aufeinanderfolgend durchgeführt werden, bis wenigstens ein Abbruchkriterium erfüllt ist.

Description

Daimler AG
Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine per Direktstart
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs per Direktstart gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solches Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der DE 103 06 145 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird ein zum Bewirken eines Direktstarts der Verbrennungskraftmaschine vorgesehener Direktstartvorgang durchgeführt, bei welchem Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, direkt in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, wodurch in dem Brennraum ein den eingespritzten Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch erzeugt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine mit einer besonders hohen Wahrscheinlichkeit per Direktstart gestartet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine mit einer besonders großen Wahrscheinlichkeit per Direktstart gestartet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass, wenn ermittelt wird, dass ein durch den Direktstartvorgang bewirkter Direktstart der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, Direktstartvorgänge, bei welchen zur jeweiligen Anfettung des in dem Brennraum aufgenommenen Gemisches Kraftstoff, das heißt weitere Mengen des Kraftstoffes, direkt in den Brennraum eingespritzt wird beziehungsweise werden, so oft aufeinanderfolgend und vorzugsweise zeitlich voneinander beabstandet durchgeführt werden, bis wenigstens ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Der jeweilige Direktstartvorgang umfasst beispielsweise auch wenigstens eine Zündung, die zum Zünden des Gemisches durchgeführt wird. Unterbleibt somit beispielsweise trotz des Durchführens des ersten Direktstartvorgangs ein Direktstart der Verbrennungskraftmaschine, so werden die weiteren Direktstartvorgänge durchgeführt, bei denen der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt und eine jeweiligen Zündung durchgeführt wird. Dadurch, dass bei dem jeweiligen, weiteren Direktstartvorgang eine weitere Menge des Kraftstoffs direkt in den Brennraum eingespritzt wird, kommt diese jeweilige Menge des Kraftstoffs zu dem zuvor im Rahmen des jeweiligen, zuvor durchgeführten Direktstartvorgangs in den Brennraum eingebrachten Kraftstoff hinzu, wodurch das Gemisch mit jedem weiteren Direktstartvorgang angefettet wird, das heißt fetter wird. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass die Verbrennungskraftmaschine per Direktstart gestartet wird, besonders hoch sein. Mit anderen Worten ermöglicht das Verfahren gegenüber herkömmlichen Lösungen eine Verbesserung der so genannten Brennquote der zeitbasierten Verbrennung. Durch das aufeinanderfolgende Durchführen der Direktstartvorgänge und somit durch das damit einhergehende Wiederholen des Einspritzens uns der Zündung wird beispielsweise ein zündfähiger Bereich mit hoher Brennquote durchschritten, sodass die Verbrennungskraftmaschine mit besonders hoher Wahrscheinlichkeit per Direktstart gestartet werden kann.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Der Direktstart ist eine erste Art, um die Verbrennungskraftmaschine zu starten, wobei diese erste Art auch als erste Startart bezeichnet wird. Eine zweite Startart zum Starten der Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise, dass eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine von außerhalb der Verbrennungskraftmaschine, das heißt beispielsweise mittels eines zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen, separat von der Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten und beispielsweise als Elektromotor ausgeführten Startermotors angetrieben und dadurch gedreht wird, während in dem Brennraum Kraftstoff eingebracht und Zündungen durchgeführt werden, insbesondere so lange, bis eine Startdrehzahl überschritten wird beziehungsweise bis die Abtriebswelle durch in dem Brennraum ablaufende Verbrennungsvorgänge angetrieben wird. Unter dem Direktstart ist insbesondere zu verstehen, dass die zunächst deaktivierte, das heißt sich in einem deaktivierten Zustand befindende Verbrennungskraftmaschine, deren beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle während des deaktivierten Zustands und während eines Stillstands des Kraftfahrzeugs stillsteht, insbesondere während des Stillstands der Kraftfahrzeugs gestartet, das heißt in einen aktivierten Zustand überführt wird, ohne dass zum Starten der Verbrennungskraftmaschine die Abtriebswelle mittels eines zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen, von der Verbrennungskraftmaschine separat ausgebildeten und beispielsweise als Elektromotor ausgeführten Starters, insbesondere während des Stillstands des Kraftfahrzeugs, gedreht wird.
Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine wird deren Abtriebswelle in Drehung versetzt. Dies geschieht im Rahmen des Direktstarts ohne einen bezüglich der Verbrennungskraftmaschine externen, beziehungsweise zusätzlich dazu vorgesehenen Startermotor und lediglich dadurch, dass der Kraftstoff, insbesondere mittels eines Injektors, direkt in den Brennraum eingespritzt und anschließend, insbesondere in dem Gemisch, gezündet wird. Somit ist der Direktstart ein zu der zweiten Startart alternatives Verfahren zum Starten der auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine. Im Zuge des Direktstarts wird der Direktstart ohne äußeres Startmoment, welches beispielsweise mittels eines Anlassers der Abtriebswelle aufgeprägt wird, gestartet. Der einfach auch als Motor bezeichnete Verbrennungsmotor wird bei Direktstart lediglich durch Verbrennung in dem Brennraum aus seiner Ruheposition heraus beschleunigt beziehungsweise gestartet. Untersuchungen haben gezeigt, dass das auch als Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Brennstoff-Luft-Gemisch in dem beispielsweise zumindest teilweise durch einen Zylinder begrenzen Brennraum nur bei einem gewissen Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches auch als Lambda- oder Verbrennungsluftverhältnis bezeichnet wird, eine hundertprozentige Brennquote aufweist. Die Brennquote ist dabei definiert als Verhältnis von erfolgreichen, zeitbasierten Verbrennungen zu Startversuchen, das heißt zur Durchführung des Direktstartvorgangs.
Mit anderen Worten wird der Direktstartvorgang als Startversuch bezeichnet. Wird bei dem jeweiligen Startversuch eine Zündung zum Zünden des Gemisches durchgeführt beziehungsweise ausgelöst, die jedoch nicht zu einer Verbrennung in dem Brennraum führt oder geführt hat, so ist der Startversuch erfolglos. Eine Magergrenze beziehungsweise das minimale Verbrennungsluftverhältnis, ab dem eine Brennquote von größer als 0 Prozent erreicht wird, sei mit Amin bezeichnet, und eine Fettgrenze beziehungsweise das maximale Verbrennungsluftverhältnis, ab dem eine Zündung beziehungsweise eine durch Zündung bewirkbare Verbrennung des Gemisches nicht mehr möglich ist und somit die Brennquote bei 0 Prozent liegt, sei mit Amax bezeichnet. Im Bereich zwischen Amin und Amax ist die Brennquote größer als 0 Prozent. Darüber hinaus gibt es ein optimales Verbrennungsluftverhältnis, welches auch als Aopt bezeichnet wird. Bei Aopt wird die maximale Brennquote erreicht. Daher ist es für den Direktstart von Vorteil, wenn bei Aopt gezündet wird, das heißt die Zündung durchgeführt wird. Als problematisch hat sich jedoch herausgestellt, dass lediglich eine ungenaue Füllungsbeschreibung aufgrund schwankender Restgasgehalte im Brennraum und bekannte Füllungstemperatur möglich ist. In einem konventionellen Motorbetrieb liegt eine Ladungsbewegung, unter anderem aufgrund eines Einlassvorgangs der Füllung in den Brennraum vor. Bei einer zeitbasierten Verbrennung, das heißt bei der Durchführung des jeweiligen Direktstartvorgangs jedoch fehlt hingegen eine Ladungsbewegung und verschlechtert die zeitbasierte Verbrennung. Durch eine Einspritzung kurz vor der Zündung kann dennoch eine Ladungsbewegung hervorgerufen werden, wodurch die zeitbasierte Verbrennung verbessert werden kann.
Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, die auch als Startwahrscheinlichkeit bezeichnete Wahrscheinlichkeit, dass der Direktstartvorgang erfolgreich ist und zu dem Direktstart der Verbrennungskraftmaschine führt, zu erhöhen, auch bei einer ungenau bestimmbaren Füllung des Brennraums beziehungsweise Zylinders. Zu diesem Zweck wird beispielsweise der erste Direktstartvorgang durchgeführt, sodass beispielsweise eine erste Einspritzung, die als Einfach- oder Mehrfacheinspritzung ausgeführt werden kann, wodurch beispielsweise das Gemisch mit Amin im Brennraum erzeugt wird. Ist die beispielsweise im Rahmen des ersten Direktstartvorgangs durchgeführte Zündung erfolglos, sodass der erste Direktstartvorgang nicht zum Direktstart der Verbrennungskraftmaschine führt, so wird das durch den ersten Direktstartvorgang gebildete Gemisch so oft angefettet und es wird so oft eine Zündung durchgeführt, bis ein erfolgreicher Drehbeginn erzielt wurde oder beispielsweise die maximale Fettgrenze Amax überschritten wurde oder der Start aufgrund einer Entflammung des Gemisches, welche aber nicht zum Motorstart führte, abgebrochen werden muss, oder ein anderes Abbruchkriterium erfüllt ist. Unter dem Drehbeginn ist zu verstehen, dass die Abtriebswelle beginnt, sich zu drehen. Der Drehbeginn wird beispielsweise ermittelt, indem eine zumindest teilweise Drehung der Abtriebswelle ermittelt, insbesondere erfasst, wird. Unter den Merkmalen, dass das Gemisch angefettet und beispielsweise eine jeweilige Zündung durchgeführt wird, ist insbesondere zu verstehen, dass nach dem ersten Direktstartvorgang die weiteren Direktstartvorgänge so oft durchgeführt werden, bis ein erfolgreicher Drehbeginn der Abtriebswelle erzielt wurde. Im Rahmen des jeweiligen, weiteren Direktstartvorgangs wird Kraftstoff beziehungsweise werden jeweilige Mengen des Kraftstoffs zusätzlich in den Brennraum und somit in das durch den ersten Direktstartvorgang gebildete Gemisch gespritzt, wodurch das Gemisch sukzessive angefettet, mithin das Verbrennungsluftverhältnis verkleinert wird.
Ziel des Verfahrens ist es insbesondere, ausgehend von dem minimalen Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise ausgehend von Amin einen Bereich zu durchschreiten, insbesondere durch Durchführung der weiteren Direktstartvorgänge, wobei in dem genannten Bereich ein optimales Verbrennungsluftverhältnis mit einer hohen Brennquote, mithin beispielsweise Aopt vorliegt und so die Zündwahrscheinlichkeit der ersten zeitbasierten Verbrennung des Direktstarts zu steigern.
Dabei können unterschiedliche Abfragen vorgesehen sein, die zu einem Abbruch des Direktstarts und somit beispielsweise zur Anforderung einer anderen Startart, insbesondere der ersten Startart, führen können. Dies ist beispielsweise eine Abfrage, bei der überprüft wird, ob das aktuelle Verbrennungsluftverhältnis die Fettgrenze überschreitet. Alternative Abfragen sind zum Beispiel eine Überprüfung einer Überschreitung einer maximalen Anzahl an Einspritzungen oder eine Überschreitung einer maximalen Zeitdauer oder einer Prüfung einer insgesamt eingespritzten Kraftstoff menge oder -masse. Die Abfragen können zudem in Kombination miteinander durchgeführt beziehungsweise überprüft werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden anhand der Fig. unterschiedliche Ausführungsformen eines Verfahrens zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs erläutert. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird bei dem Verfahren ein zum Bewirken eines Direktstarts der Verbrennungskraftmaschine vorgesehener, erster Direktstartvorgang durchgeführt, bei welchem Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, direkt in wenigstens einen Brennraum und somit direkt in wenigstens einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, wodurch in dem Brennraum ein den eingespritzten Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch erzeugt wird. Das Gemisch wird auch als Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Brennstoff-Luft-Gemisch bezeichnet.
Um die Verbrennungskraftmaschine dabei besonders sicher, das heißt mit einer besonders großen Wahrscheinlichkeit per Direktstart starten zu können, werden, wenn ermittelt wird, dass ein durch den ersten Direktstartvorgang bewirkter Direktstart der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, weitere Direktstartvorgänge, bei welchen zur jeweiligen Anfettung des in dem Brennraum aufgenommenen und durch den ersten Direktstartvorgang gebildeten Gemisches Kraftstoff, das heißt weitere Mengen des Kraftstoffes, direkt in den Brennraum eingespritzt wird beziehungsweise werden, so oft aufeinanderfolgend und vorzugsweise zeitlich voneinander beabstandet durchgeführt, bis wenigstens ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird der Direktstart angefordert, beispielsweise von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs. Bei einem zweiten Schritt S2 erfolgen eine Berechnung und eine Ausgabe einer Einspritzmasse des Kraftstoffs, der bei dem ersten Direktstartvorgang direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Das durch den ersten Direktstartvorgang gebildete Gemisch weist ein erstes Verbrennungsluftverhältnis auf, welches auch als Astan bezeichnet wird. Bei einem dritten Schritt S3 wird beispielsweise der erste Direktstartvorgang durchgeführt, in dessen Rahmen der Kraftstoff, das heißt die zur Realisierung von Astan vorgesehene und berechnete Einspritzmasse direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Bei einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird das mit Aakt bezeichnete und insbesondere aktuelle Verbrennungsluftverhältnis des Gemisches berechnet. Bei einem fünften Schritt S5 des Verfahrens wird, beispielsweise im Rahmen des ersten Direktstartvorgangs, eine Zündung durchgeführt, welche zum Zünden des insbesondere durch den ersten Direktstartvorgang gebildeten Gemisches vorgesehen ist. Bei einem sechsten Schritt S6 des Verfahrens wird überprüft, ob der erste Direktstartvorgang, das heißt das Einspritzen des Kraftstoffs und die Zündung zu einer Drehung einer beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine geführt hat. Ist dies der Fall, so wird bei einem siebten Schritt S7 überprüft, ob die auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine per Direktstart gestartet wurde. Ist dies der Fall, so endet das Verfahren bei einem achten Schritt S8. Wird bei dem siebten Schritt S7 ermittelt, dass der Motor nicht gestartet wurde, so wird eine von dem Direktstart unterschiedliche, andere Startart angefordert, mittels welcher dann die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird. Wird bei dem sechsten Schritt S6 ermittelt, dass trotz des Durchführens des ersten Direktstartvorgangs eine Drehung der Abtriebswelle unterbleibt, sodass der erste Direktstartvorgang nicht erfolgreich war und somit nicht zum Starten der Verbrennungskraftmaschine per Direktstart geführt hat, so wird bei einem zehnten Schritt S10 des Verfahrens Aakt mit einem Grenzwert Amax verglichen. Der Grenzwert Amax ist eine Fettgrenze, ab der das Gemisch so fett ist, dass eine Zündung auf jeden Fall nicht zu einer Verbrennung des Gemisches führen kann. Insbesondere wird bei dem zehnten Schritt S10 des Verfahrens überprüft, ob Aakt noch kleiner als Amax ist. Ist dies der Fall, so wird bei dem neunten Schritt S9 die andere Startart angefordert. Ist Aakt kleiner als Amax, so wird bei einem elften Schritt S11 des Verfahrens eine weitere, neue Menge des Kraftstoffes berechnet, der beispielsweise bei dem auf den ersten Direktstartvorgang folgenden weiteren Direktstartvorgang direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Mit anderen Worten wird bei dem elften Schritt S11 eine jeweilige Menge des Kraftstoffs ermittelt und ausgegeben, die bei dem jeweiligen weiteren Direktstartvorgang direkt in den Brennraum eingebracht wird. An den elften Schritt S11 schließen sich dann wieder die Schritt S3, S4, S5 und S6 an, dann jedoch bezüglich der jeweiligen weiteren Direktstartvorgänge.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Verfahrens. Bei der ersten Ausführungsform ist das Abbruchkriterium erfüllt, wenn das beispielsweise bei dem vierten Schritt S4 ermittelte, insbesondere berechnete, Verbrennungsluftverhältnis Aakt den Grenzwert Amax unterschreitet.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn eine Anzahl an durchgeführten Direktstartvorgängen größer als ein gegenüber 1, insbesondere gegenüber 2, größerer Schwellenwert ist. Somit ist es beispielsweise bei dem zehnten Schritt S10 vorgesehen, dass eine Anzahl an insgesamt durchgeführten Direktstartvorgängen ermittelt wird. Außerdem wird beispielsweise bei dem zehnten Schritt S10 überprüft, ob die ermittelte, beispielsweise mit takt bezeichnete Anzahl größer als der Schwellenwert ist. Ist dies der Fall, so wird das Verfahren bei dem Schritt S9 fortgesetzt. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren bei dem Schritt S11 fortgesetzt.
Fig. 3 und 4 zeigen eine dritte beziehungsweise vierte Ausführungsform, wobei die vierten Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden können. Die erste Ausführungsform sieht somit eine Abfrage beziehungsweise eine Begrenzung des Verbrennungsluftverhältnisses vor. Nach der Anforderung des Direktstarts und der relativ ungenauen Berechnung der Zylinderfüllung wird zunächst eine Grund-Kraftstoffmasse eingespritzt, sodass in dem Brennraum ein Gemisch mit einem
Verbrennungsluftverhältnis von Astart entsteht, wobei dieses Verbrennungsluftverhältnis leicht fetter als eine Magergrenze Amin sein sollte. Nach dem Zünden, das heißt nach der Auslösung eines Zündfunkens oder eines ähnlichen Zündimpulses wird überprüft, ob eine Verbrennung des Gemisches mit Astan stattgefunden hat. Dies kann beispielsweise durch eine Abfrage der Drehzahl beziehungsweise Drehzahländerung der Abtriebswelle geschehen. Liegt eine Drehzahländerung der Abtriebswelle vor, wurde das Gemisch erfolgreich gezündet beziehungsweise verbrannt. Ist eine Drehzahländerung eingetreten, wird überprüft, ob der Motorstart erfolgreich war, beispielsweise durch eine Überprüfung der Drehzahl beziehungsweise Aktivierung eines Leerlaufreglers. Ist dies der Fall, gilt der Start als erfolgreich, andernfalls wird eine andere Startart angefordert, da in dem Brennraum Restgas vorliegt und in diesem nicht gezündet werden kann. Ist hingegen keine Drehzahländerung eingetreten, wird zunächst geprüft, ob das aktuelle Verbrennungsluftverhältnis Aakt größer als die Fettgrenze Amax ist. Ist dies der Fall, wird erneut eine Kraftstoffmenge eingespritzt. Diese Kraftstoffmenge ist insbesondere die minimal mögliche Einspritzmenge eines Injektors, mittels welchen der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, kann aber auch eine größere Kraftstoff menge umfassen. Auch die Aufteilung dieser Einspritzmenge auf mehrere Einspritzungen ist möglich. Nach der Einspritzung wird das aktuelle Aakt berechnet und kann im nächsten Durchlauf überprüft werden. Nach einer erfolgreichen Einspritzung kann es zudem nicht nur zu einem Zündversuch, sondern auch zu mehreren Zündversuchen kommen.
Die zweite Ausführungsform sieht, insbesondere anstelle der Überprüfung des Verbrennungsluftverhältnis, die Überprüfung der Anzahl an abgesetzten Einspritzungen, das heißt der Anzahl an durchgeführten Direktstartvorgängen vor. Hierzu wird die mit zakt bezeichnete, ermittelte Anzahl mit dem mit zmax bezeichneten Schwellenwert verglichen. Ist die Anzahl der abgesetzten Einspritzungen beziehungsweise durchgeführten Direktstartvorgänge größer als der Schwellenwert, das heißt ist zakt größer als zmax, so wird das Verfahren bei dem Schritt S9 fortgesetzt, ansonsten wird das Verfahren bei dem Schritt S11 fortgesetzt.
Die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform sieht eine Überprüfung einer Zeit vor, die beispielsweise seit Beginn oder Ende des ersten Direktstartvorgangs verstrichen ist. Bei dem Schritt S10 wird somit beispielsweise die seit Beginn oder Ende des ersten Direktstartvorgangs verstrichene Zeit oder irgendeine Zeit ermittelt und mit einer Zeitgrenze tmax verglichen. Ist größer als tmax, so wird das Verfahren bei dem Schritt S9 fortgesetzt. Ist nicht größer als tmax, so wird das Verfahren bei dem Schritt S11 fortgesetzt. Insgesamt ist erkennbar, dass die Zeit eine Zeitdauer ist, welche überprüft wird. Die verstrichene Zeit wird mit einer maximalen Zeitdauer in Form der Zeitgrenze verglichen. Bei Überschreiten von tmaxwird der Direktstart abgebrochen, ansonsten werden die weiteren Direktstartvorgänge durchgeführt.
Die in Fig. 4 veranschaulichte vierte Ausführungsform ist beispielsweise eine Kombination der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform. Der Schritt S10 der vierten Ausführungsform entspricht beispielsweise dem Schritt S10 der ersten Ausführungsform. Wird bei dem Schritt S10 der vierten Ausführungsform ermittelt, dass Aakt nicht geringer als Amax ist, so wird das Verfahren bei einem Schritt S10‘ der vierten Ausführungsform fortgesetzt. Der Schritt S10‘ der vierten Ausführungsform entspricht beispielsweise dem Schritt S10 der dritten Ausführungsform. Wird bei dem Schritt S10‘ ermittelt, dass größer als tmax ist, so wird das Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform bei dem Schritt S11 fortgesetzt. Wird bei dem Schritt S10‘ ermittelt, dass takt nicht größer als tmax ist, so wird das Verfahren bei dem Schritt S11 gemäß der vierten Ausführungsform fortgesetzt. Ergibt die Abfrage bei dem Schritt S10‘ ja, so wird nicht bei dem Schritt S11 sondern bei dem Schritt S9 weitergemacht!
Die vierte Ausführungsform sieht somit sowohl eine Überprüfung des Verbrennungsluftverhältnisses als auch eine Überprüfung der verstrichenen Zeit vor. Zunächst wird beispielsweise geprüft, ob das aktuelle Verbrennungsluftverhältnis Aakt über der Fettgrenze Amax liegt. Tritt dieser Fall ein, wird die andere Startart angefordert, und zwar bei dem Schritt S9. Liegt das aktuelle Verbrennungsluftverhältnis Aakt unterhalb der Fettgrenze Amax, erfolgt die zuvor beschriebene Zeitabfrage. Die verstrichene Zeit wird mit der maximalen Zeitdauer tmax verglichen. Bei Überschreiten von tmaxwird der Direktstart abgebrochen. Diese beiden Abfragen können auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
Bezugszeichenliste
51 erster Schritt
52 zweiter Schritt
53 dritter Schritt
54 vierter Schritt
55 fünfter Schritt
56 sechster Schritt
57 siebter Schritt
58 achter Schritt
59 neunter Schritt
S10, S10‘ zehnter Schritt S11 elfter Schritt

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1. Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein zum Bewirken eines Direktstarts der Verbrennungskraftmaschine vorgesehener Direktstartvorgang durchgeführt wird, bei welchem Kraftstoff direkt in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, wodurch in dem Brennraum ein den eingespritzten Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ermittelt wird, dass ein durch den Direktstartvorgang bewirkter Direktstart der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, weitere Direktstartvorgänge, bei welchen zur jeweiligen Anfettung des in dem Brennraum aufgenommenen Gemisches Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird, so oft aufeinanderfolgend durchgeführt werden, bis wenigstens ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem jeweiligen Direktstartvorgang ein jeweilige Verbrennungsluftverhältnis des Gemisches ermittelt wird, wobei das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis einen Grenzwert unterschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl an durchgeführten Direktstartvorgängen ermittelt wird, wobei das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn die ermittelte Anzahl einen gegenüber 1, insbesondere gegenüber 2, größeren Schwellenwert überschreitet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine seit Beginn oder Ende des ersten Direktstartvorgangs verstrichene Zeit ermittelte Zeit ermittelt wird, wobei das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn die ermittelte Zeit eine gegenüber null größere Zeitgrenze überschreitet.
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