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EP1679438A1 - Method for starting a combustion engine - Google Patents

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Publication number
EP1679438A1
EP1679438A1 EP05100082A EP05100082A EP1679438A1 EP 1679438 A1 EP1679438 A1 EP 1679438A1 EP 05100082 A EP05100082 A EP 05100082A EP 05100082 A EP05100082 A EP 05100082A EP 1679438 A1 EP1679438 A1 EP 1679438A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crankshaft
internal combustion
cylinder
combustion engine
starting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05100082A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Kramer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to EP05100082A priority Critical patent/EP1679438A1/en
Priority to US11/324,965 priority patent/US7191747B2/en
Publication of EP1679438A1 publication Critical patent/EP1679438A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0092Synchronisation of the cylinders at engine start
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D2041/389Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/005Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F02N99/002Starting combustion engines by ignition means
    • F02N99/006Providing a combustible mixture inside the cylinder

Definitions

  • One concept for improving the fuel consumption of a vehicle is, for example, to switch off the internal combustion engine - instead of continuing to run it in the leelauf - when there is no momentary power requirement. In practice, this means that at least when the vehicle is stationary, the internal combustion engine is turned off.
  • One application is the stop-and-go traffic, as it sets, for example, in traffic jams on highways and highways. In inner-city traffic, stop-and-go traffic is no longer the exception, but the rule, as a result of the existing and non-coordinated traffic lights. Other applications provide limited level crossings and the like.
  • the knowledge of the position of the individual cylinders d. H. the knowledge of the position of the individual pistons of an internal combustion engine is required so that the injection of the fuel and the initiation of the ignition of the fuel-air mixture in the individual cylinders targeted. can be done at defined crankshaft angles, so as to ensure optimum combustion with the lowest possible fuel consumption and the lowest possible emissions. Furthermore, a targeted injection and ignition is necessary to prevent the auto-ignition of mixture components - the so-called knocking - and a round as possible. ensure uniform running of the internal combustion engine, which is characterized by a minimum of torsional vibrations of the crankshaft and thus by a minimum of speed fluctuations.
  • the task of controlling the injection and ignition usually takes over a motor control.
  • crank angle sensor the position of the individual cylinders of an internal combustion engine by means of camshaft sensor and crankshaft sensor, which is also referred to as a crank angle sensor, determined.
  • Controlled parking consists in deliberately approaching certain crank angle positions - so-called preferred positions - when the internal combustion engine is switched off.
  • the end position of the crankshaft is no longer left to chance and more or less accurately registered, but it will be specifically brought about for the restart advantageous crank angle positions.
  • the starting device During the entire synchronization and beyond until idling, about 700 rpm, due to the combustion processes in the individual cylinders, the starting device remains activated. In particular, the time-consuming synchronization is responsible for the long start times of conventional methods for starting an internal combustion engine.
  • crankshaft position at the start of the start will be discussed below in connection with the preferred embodiments of the method.
  • crankshaft must be in a specific position or in a specific crank angle range. In this respect, especially for internal combustion engines with direct injection method for controlled parking targets.
  • Passive adjusting devices but can also be used according to WO 01/48373, said passive adjusting after the normal operation of the internal combustion engine exploit the still existing in the wake of the crankshaft rotary motion and influence in the way that the crankshaft in the predetermined advantageous crankshaft position to a standstill comes.
  • a passive adjustment means include a gas exchange valve control, which transmits a suitable braking brake torque to the engine or crankshaft, so that the delay of the shaft and thus its end position is controllable.
  • the absolute angle sensor detects at the beginning of the starting process, the crankshaft position and supplies this information to the engine control, which controls starting from this then known stop position of the crankshaft, the method for starting the internal combustion engine.
  • the term "absolute” means that the position of a piston is uniquely determined, i. its position on the circumference of the crankshaft in a crank angle window of 360 ° and also whether the piston is in the charge cycle or in the combustion loop. According to the prior art, this takes place - as already stated above - in an interaction of camshaft sensor and crankshaft sensor.
  • FIG. 3 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a third embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 2 will be discussed, for which reason reference is otherwise made to FIG. 2. The same reference numerals have been used.
  • FIG. 4 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a fourth embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 1 will be discussed, for which reason reference is otherwise made to FIG. 1. The same reference numerals have been used.

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Abstract

A direct-injection internal combustion engine equipped with an engine management system and having more than one cylinder in which pistons oscillate in the cylinders between a top-dead-center position and a bottom-dead-center position is started. Fuel is injected into a cylinder of an internal combustion engine before the internal combustion engine is rotated, the cylinder being in a compression phase. The engine is rotated by engaging an engine starting device after the start of fuel injection. The fuel is combusted in the cylinder while the starting device is engaged. An independent claim is included for a system for starting an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und n Zylindern, in denen n Kolben zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) oszillieren.The invention relates to a method for starting a equipped with an engine control direct injection internal combustion engine with a crankshaft and n cylinders, in which n piston between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) oscillate.

Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Dabei steht einerseits die verbesserte d.h. effektivere Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen. Andererseits können aber auch bestimmte Strategien im Hinblick auf den grundsätzlichen Betrieb der Brennkraftmaschine zielführend sein.Due to the limited resources of fossil fuels, in particular due to the limited mineral oil reserves as a raw material for the production of fuels for the operation of internal combustion engines, the development of internal combustion engines is constantly striving to minimize fuel consumption. On the one hand, the improved i.e. more effective combustion in the forefront of the effort. On the other hand, certain strategies with regard to the basic operation of the internal combustion engine can also be effective.

Ein Konzept zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeuges besteht beispielsweise darin, die Brennkraftmaschine - statt sie im Leelauf weiter zu betreiben - abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, daß zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen, nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.One concept for improving the fuel consumption of a vehicle is, for example, to switch off the internal combustion engine - instead of continuing to run it in the leelauf - when there is no momentary power requirement. In practice, this means that at least when the vehicle is stationary, the internal combustion engine is turned off. One application is the stop-and-go traffic, as it sets, for example, in traffic jams on highways and highways. In inner-city traffic, stop-and-go traffic is no longer the exception, but the rule, as a result of the existing and non-coordinated traffic lights. Other applications provide limited level crossings and the like.

Problematisch bei den Konzepten, welche zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs die Brennkraftmaschine bei fehlendem Bedarf abschalten, ist die Notwendigkeit die Brennkraftmaschine wieder zu starten. Probleme bereitet das Neustarten unter anderem, weil bei unkontrolliertem Abstellen der Brennkraftmaschine, die Kurbel- und die Nockenwelle in einer beliebigen und zudem nicht bekannten Stellung zum Stehen kommen. Folglich ist die Position der Kolben in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ebenfalls nicht bekannt und dem Zufall überlassen. Diese Informationen sind aber für einen unkomplizierten und möglichst schnellen und damit kraftstoffsparenden Neustart unerläßlich.The problem with the concepts, which turn off the engine in case of lack of demand to improve fuel economy, is the need to restart the engine. Restarting causes problems among other things, because with uncontrolled stopping of the internal combustion engine, the crankshaft and the camshaft in any and in addition Unknown position come to a halt. Consequently, the position of the pistons in the individual cylinders of the internal combustion engine is also not known and left to chance. However, this information is essential for an uncomplicated and as fast as possible and thus fuel-saving restart.

Bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer elektronisch geregelten Zündung und/oder einer elektronisch geregelten Einspritzung ausgestattet ist, liefern an der Kurbelwelle und/oder der Nockenwelle angeordnete Marker Signale über die Kurbelwinkelstellung an mit der Motorsteuerung verbundene Sensoren zur Steuerung des Zünd- und des Einspritzzeitpunktes. Zur Generierung dieser Signale ist es aber zunächst erforderlich, die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen. Direkt zu Beginn eines Starts besteht im allgemeinen Unklarheit über den richtigen Einspritz- und Zündzeitpunkt, so daß eine Einlaufphase zur Synchronisation der Kurbelwinkelstellung einerseits und der Motorbetriebsparameter andererseits erforderlich wird.In an internal combustion engine equipped with an electronically controlled ignition and / or an electronically controlled injection, markers arranged on the crankshaft and / or the camshaft provide signals about the crank angle position to sensors connected to the engine control unit for controlling ignition and injection timing. But to generate these signals, it is first necessary to put the crankshaft in rotation. At the beginning of a start, there is generally a lack of clarity about the correct injection and ignition timing, so that a run-in phase for synchronizing the crank angle position on the one hand and the engine operating parameters on the other hand is required.

Die Kenntnis der Stellung der einzelnen Zylinder d. h. die Kenntnis der Stellung der einzelnen Kolben einer Brennkraftmaschine ist erforderlich, damit die Einspritzung des Kraftstoffes und die Einleitung der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den einzelnen Zylindern gezielt d.h. bei definierten Kurbelwellenwinkeln erfolgen kann, um so eine optimale Verbrennung mit einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch und möglichst geringen Emissionen zu gewährleisten. Des weiteren ist eine gezielte Einspritzung und Zündung notwendig, um die Selbstzündung von Gemischanteilen - das sogenannte Klopfen - zu verhindern und einen möglichst runden d.h. gleichförmigen Lauf der Brennkraftmaschine sicherzustellen, der sich durch ein Minimum an Drehschwingungen der Kurbelwelle und damit durch ein Minimum an Drehzahlschwankungen auszeichnet. Die Aufgabe, die Einspritzung und Zündung zu steuern, übernimmt in der Regel eine Motorsteuerung.The knowledge of the position of the individual cylinders d. H. the knowledge of the position of the individual pistons of an internal combustion engine is required so that the injection of the fuel and the initiation of the ignition of the fuel-air mixture in the individual cylinders targeted. can be done at defined crankshaft angles, so as to ensure optimum combustion with the lowest possible fuel consumption and the lowest possible emissions. Furthermore, a targeted injection and ignition is necessary to prevent the auto-ignition of mixture components - the so-called knocking - and a round as possible. ensure uniform running of the internal combustion engine, which is characterized by a minimum of torsional vibrations of the crankshaft and thus by a minimum of speed fluctuations. The task of controlling the injection and ignition usually takes over a motor control.

Nach dem Stand der Technik wird die Stellung der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine mittels Nockenwellensensor und Kurbelwellensensor, der auch als Kurbelwinkelgeber bezeichnet wird, bestimmt.According to the prior art, the position of the individual cylinders of an internal combustion engine by means of camshaft sensor and crankshaft sensor, which is also referred to as a crank angle sensor, determined.

Der ortsfeste, an der Brennkraftmaschine angeordnete Kurbelwellensensor greift dabei Signale von einem Ring oder Zahnkranz ab, der mit der Kurbelwelle umläuft und beispielsweise am Schwungrad vorgesehen werden kann. Das vom Kurbelwellensensor erzeugte Signal wird von der Motorsteuerung zur Berechnung der Drehzahl und der Winkelstellung der Kurbelwelle benötigt. Diese Daten benötigt die Motorsteuerung für die Berechnung der Zündeinstellung, der Kraftstoffeinspritzung und der Kraftstoffmenge unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, wobei die Kenntnis der Drehzahl und Winkelstellung der Kurbelwelle die wichtigsten Information sind, die mit Hilfe des Kurbelwellensensors generiert werden.The fixed, arranged on the internal combustion engine crankshaft sensor detects signals from a ring or ring gear, which rotates with the crankshaft and can be provided for example on the flywheel. The signal generated by the crankshaft sensor is required by the engine controller to calculate the speed and angular position of the crankshaft. This data requires engine control to calculate ignition timing, fuel injection, and fuel quantity under all engine operating conditions, with knowledge of the crankshaft speed and angular position being the most important information generated by the crankshaft sensor.

Zwar können die Drehzahl und Winkelposition grundsätzlich auch mittels Nockenwellensensor ermittelt werden. Die Drehzahl soll aber so exakt wie möglich ermittelt werden, um einen einwandfreien und optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten, weshalb nach dem Stand der Technik hierzu immer noch der Kurbelwellensensor verwendet wird, da die Kurbelwelle mit der doppelten Drehzahl der Nockenwelle umläuft und damit ein Signal mit einer wesentlich höheren Auflösung liefert. Eine höhere Auflösung kann mittels Kurbelwellensensor auch deshalb generiert werden, weil das auf der Kurbelwelle angeordnete Schwungrad aufgrund seines relativ großen Durchmessers eine Vielzahl von Zähnen oder sonstigen Signalgebern aufnehmen kann.Although the speed and angular position can basically be determined by means of camshaft sensor. However, the speed should be determined as accurately as possible to ensure proper and optimal operation of the engine, which is why the crankshaft sensor is still used for this purpose in the prior art, since the crankshaft rotates at twice the speed of the camshaft and thus a signal with a much higher resolution. A higher resolution can also be generated by means of crankshaft sensor because the arranged on the crankshaft flywheel can accommodate a variety of teeth or other signal generators due to its relatively large diameter.

Zudem ist die Kolbenposition mit Hilfe der Auswertung eines Kurbelwellensignals wesentlich genauer als mit Hilfe eines Nockenwellensignals ermittelbar, da die Nockenwelle über einen relativ weichen Antrieb (meist Riemen- oder Kettentrieb) mit der Kurbelwelle zum Zwecke des Antriebs verbunden ist. Daher kann die Nockenwelle den Bewegungen der Kurbelwelle nicht zeitsynchron folgen. Es kommt zu Abweichungen des Nockenwellensignals relativ zum Kurbelwinkelsignal.In addition, the piston position with the aid of the evaluation of a crankshaft signal is much more accurately determined by means of a camshaft signal, since the camshaft via a relatively soft drive (usually belt or chain drive) is connected to the crankshaft for the purpose of driving. Therefore, the camshaft can not follow the movements of the crankshaft synchronously. There are deviations of the camshaft signal relative to the crank angle signal.

Der Nockenwellensensor wird benötigt, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob sich der Zylinder bzw. der Kolben im Verbrennungszyklus - Komprimieren und Expandieren - oder im Ladungswechselzyklus - Ausschieben und Ansaugen - befindet. Der Kurbelwellensensor bestimmt dabei lediglich die Stellung des Kolbens in einem Kurbelwinkelfenster von 360°. Anhand der Informationen des Kurbelwellensensors kann beispielsweise die Aussage getroffen werden, ob der Kolben im oberen Totpunkt (OT) oder im unteren Totpunkt (UT) steht. Da bei einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine ein Arbeitsspiel, bestehend aus Komprimieren, Expandieren, Ausschieben und Ansaugen, aber 720° Kurbelwellenwinkel (KWW) umfaßt, ist es erforderlich zu wissen, ob sich ein im oberen Totpunkt (OT) befindlicher Kolben im sogenannten Verbrennungs-OT (VOT) oder im oberen Totpunkt während des Ladungswechsels (LOT) befindet. Diese Information liefert der Nockenwellensensor, so daß im Zusammenspiel von Nockenwellensensor und Kurbelwellensensor die Kolbenposition eindeutig bestimmbar ist.The camshaft sensor is needed to make a statement about whether the cylinder or the piston in the combustion cycle - compressing and expanding - or in the charge cycle - pushing out and sucking - located. The crankshaft sensor determines only the position of the piston in a crank angle window of 360 °. Based on the information of the crankshaft sensor, for example, the statement can be made whether the piston is at top dead center (TDC) or bottom dead center (UT). Since in a four-stroke internal combustion engine, a working cycle, consisting of compression, expansion, ejection and suction, but 720 ° crankshaft angle (KWW) includes, it is necessary to know whether a piston located at top dead center (TDC) in the so-called combustion -OT (VOT) or at top dead center during the charge cycle (LOT). This information is provided by the camshaft sensor, so that the piston position can be determined unambiguously in the interaction between camshaft sensor and crankshaft sensor.

In der Praxis wird üblicherweise die Stellung nur eines einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschinen mittels der genannten Sensoren bestimmt, womit die Stellung der übrigen Zylinder festliegt. Mit der Kenntnis der Stellung eines einzelnen Zylinders kann die Motorsteuerung den Zündzeitpunkt und den Einspritzzeitpunkt dieses einen Zylinders berechnen. Mit den in der Motorsteuerung abgelegten Informationen hinsichtlich der Zündfolge der Brennkraftmaschine ergeben sich dann die Zündzeitpunkte und die Einspritzzeitpunkte der übrigen Zylinder.In practice, the position of only a single cylinder of the internal combustion engine is usually determined by means of said sensors, whereby the position of the remaining cylinders is fixed. With knowledge of the position of a single cylinder, the engine controller can calculate the ignition timing and injection timing of that one cylinder. With the information stored in the engine control information regarding the firing order of the internal combustion engine, the ignition times and the injection times of the remaining cylinders then arise.

Dabei ist zu unterscheiden zwischen den Begriffen Einspritzwinkel und Zündwinkel, die sich an der Stellung der Kurbelwelle orientieren, und den Begriffen Zündzeitpunkt und Einspritzzeitpunkt. Ein Einspritzwinkel könnte beispielsweise 15° KW vor OT sein, wohingegen der Einspritzzeitpunkt dahingehend zu verstehen ist, daß die Motorsteuerung in Kenntnis der Stellung des Kolbens und der Drehzahl den Zeitpunkt berechnet, zu dem eingespritzt wird.In this case, a distinction must be made between the terms injection angle and ignition angle, which are based on the position of the crankshaft, and the terms ignition timing and injection timing. For example, an injection angle could be 15 ° CA before TDC, whereas the injection timing is understood to mean that the engine controller, knowing the position of the piston and the speed, calculates the time to inject.

Das Verfahren, welches sich der beiden Sensoren, nämlich des Nockenwellensensors und des Kurbelwellensensors zur Ermittlung der Zylinderstellung bedient, setzt prinzipbedingt voraus, daß die Brennkraftmaschine in Betrieb ist und sich die Nockenwelle und die Kurbelwelle ausreichend schnell drehen, so daß die Sensoren ein Signal an die Motorsteuerung liefern können.The method, which uses the two sensors, namely the camshaft sensor and the crankshaft sensor to determine the cylinder position, requires in principle that the internal combustion engine is in operation and the camshaft and the crankshaft rotate sufficiently fast, so that the sensors send a signal to the Motor control can deliver.

Um den Neustart zu vereinfachen, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Konzepte vorgeschlagen.To simplify the restart, various concepts are proposed in the prior art.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 30 616 schlägt beispielsweise vor, die Winkellage der Kurbelwelle, welche beim Abschalten registriert wird, zu speichern und für den Neustart zu verwenden, so daß die geeigneten Zündzeitpunkte und Einspritzzeitpunkte unmittelbar zur Verfügung stehen. Sollte beim Neustart diese gespeicherte Information über die letzte Stellung der Zylinder nicht mehr vorliegen, weil sie beispielsweise beim Ausbau der Batterie und der damit fehlenden Stromversorgung der Motorsteuerung verloren gegangen ist, wird nach dem Stand der Technik beim Starten zu einem beliebigen Zeitpunkt eingespritzt und gezündet, wobei die Brennkraftmaschine sich mit Hilfe der Motorsteuerung innerhalb von ein paar Arbeitsspielen auf den gewünschten Betriebspunkt einstellt. Aber selbst bei vorhandener Stromversorgung hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Winkelstellung der stillstehenden Kurbelwelle nur sehr ungenau mit den herkömmlichen Sensoren erfaßt werden kann. Probleme bereitet in diesem Zusammenhang, daß sich die Kurbelwelle am Ende des Auslaufvorganges auch rückwärts d. h. entgegen ihrer eigentlichen Laufrichtung drehen kann, da die in einzelnen Zylindern befindlichen komprimierten Gase bestrebt sind, sich zu entspannen.The German patent application DE 42 30 616 proposes, for example, to store the angular position of the crankshaft, which is registered at shutdown, and to use for the restart, so that the appropriate ignition timing and injection times are immediately available. Should this stored information about the last position of the cylinder no longer exist when restarting, because it has been lost, for example, when removing the battery and thus lacking power to the engine control is injected and ignited according to the prior art when starting at any time, wherein the internal combustion engine adjusts itself with the help of the engine control within a few working cycles to the desired operating point. But even with existing power supply has been shown in practice that the angular position of the stationary crankshaft can be detected only very inaccurate with the conventional sensors. Problems prepares in this context, that the crankshaft at the end of the discharge process also backwards d. H. can rotate counter to their actual direction of rotation, since the compressed gases located in individual cylinders are anxious to relax.

Andere Lösungsansätze präferieren Verfahren zum kontrollierten Abstellen und Starten der Brennkraftmaschine. Das kontrollierte Abstellen besteht dabei darin, ganz bestimmte Kurbelwinkelpositionen - sogenannte Vorzugspositionen - bewußt beim Abschalten der Brennkraftmaschine anzufahren. Die Endstellung der Kurbelwelle wird dabei nicht mehr dem Zufall überlassen und mehr oder weniger genau registriert, sondern es werden gezielt für den Neustart vorteilhafte Kurbelwinkelstellungen herbeigeführt.Other approaches prefer methods for controlled shutdown and starting of the internal combustion engine. Controlled parking consists in deliberately approaching certain crank angle positions - so-called preferred positions - when the internal combustion engine is switched off. The end position of the crankshaft is no longer left to chance and more or less accurately registered, but it will be specifically brought about for the restart advantageous crank angle positions.

Ein weiterer Nachteil der vorgeschlagenen Strategie, bei der zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs die Brennkraftmaschine bei fehlendem Bedarf abgeschaltet wird, ist die Tatsache, daß sich durch den Stop-and-Go-Betrieb die Anforderungen an die Startvorrichtung erhöhen. Zum einen nimmt die Anzahl der Startvorgänge zu, wenn die Brennkraftmaschine häufiger abgeschaltet wird, was eine entsprechende d. h. den gestiegenen Anforderungen angepaßte robuste Startvorrichtung erfordert. Zum anderen verschlechtert der Startvorgang, der bis zu einer Sekunde beanspruchen kann, die Fahrdynamik und aufgrund der Startgeräusche den Fahrkomfort.Another disadvantage of the proposed strategy, in which the internal combustion engine is shut down in the absence of need to improve fuel consumption, is the fact that increase the requirements of the starting device by the stop-and-go operation. On the one hand, the number of starts increases when the internal combustion engine is switched off more frequently, which is a corresponding d. H. the rugged requirements adapted robust starting device requires. On the other hand, the starting process, which can take up to one second, worsens the driving dynamics and driving comfort due to the starting noise.

Bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit einer konventionellen Startvorrichtung, beispielsweise einem Anlasser oder einem ähnlichen Gerät, das geeignet ist, die Kurbelwelle zwangsweise in Drehung zu versetzen, wie beispielsweise ein Elektromotor, wird zum Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine die Startvorrichtung aktiviert und die Kurbelwelle in Drehung versetzt. Dabei wird die Startvorrichtung solange zum zwangsweisen Antrieb der Kurbelwelle herangezogen, bis die Motorsteuerung synchronisiert ist und die Brennkraftmaschine mittels Einspritzug von Kraftstoff und Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches die Drehung der Kurbelwelle ohne Startvorrichtung aufrechterhalten kann.In a conventional internal combustion engine having a conventional starting device such as a starter or the like capable of forcibly rotating the crankshaft, such as an electric motor, for starting the engine, the starting device is activated and the crankshaft is rotated added. In this case, the starting device is used as long as the forced drive of the crankshaft until the engine control is synchronized and the internal combustion engine by Einspritzug of fuel and ignition of the fuel-air mixture can maintain the rotation of the crankshaft without starting device.

Während der gesamten Synchronisation und darüber hinaus bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl, von ungefähr 700 U/min, infolge der ablaufenden Verbrennungsprozesse in den einzelnen Zylindern bleibt die Startvorrichtung aktiviert. Insbesondere die zeitraubende Synchronisation ist für die langen Startzeiten herkömmlicher Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine verantwortlich.During the entire synchronization and beyond until idling, about 700 rpm, due to the combustion processes in the individual cylinders, the starting device remains activated. In particular, the time-consuming synchronization is responsible for the long start times of conventional methods for starting an internal combustion engine.

Um eine Brennkraftmaschine, insbesondere im Hinblick auf den zunehmenden Stop-and-Go-Verkehr, bedarfsgerecht betreiben zu können d. h. bei fehlendem Bedarf ausschalten zu können, ist es somit erforderlich, den Neustart zu vereinfachen d.h. schneller und kraftstoffsparender zu gestalten. Nach dem Stand der Technik werden zur Erreichung dieses Ziels verschiedene Konzepte vorgeschlagen.In order to operate an internal combustion engine, in particular with regard to the increasing stop-and-go traffic, as needed d. H. in the absence of need, it is therefore necessary to simplify the reboot, i. faster and more fuel-efficient. The prior art suggests various concepts for achieving this goal.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 08 472 A1 beschreibt ein Verfahren zum Starten einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem im Vorfeld der Zündung in einem ersten Verfahrensschritt die Kurbelwelle mittels eines Antriebes mit langsamer Geschwindigkeit in eine Stellung gedreht wird, in der sich der Kolben eines Zylinders im oberen Totpunkt (OT) befindet. Infolge eines nachfolgend eingeleiteten ersten Zündbefehls erfährt die Kurbelwelle eine weitere kleine Drehbewegung, wodurch der Expansionstakt eingeleitet wird. Während der sich anschließenden Expansionsphase wird Kraftstoff in den mindestens einen Zylinder eingespritzt und das sich in dem Zylinder befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, wodurch der eigentliche Startvorgang ausgelöst bzw. eingeleitet wird.German Offenlegungsschrift DE 198 08 472 A1 describes a method for starting a direct-injection internal combustion engine, in which the crankshaft is rotated by means of a drive at a slow speed in a position in which the piston of a cylinder in the upper Dead center (TDC) is located. As a result of one below introduced first ignition command, the crankshaft undergoes another small rotational movement, whereby the expansion stroke is initiated. During the subsequent expansion phase, fuel is injected into the at least one cylinder and ignited in the cylinder fuel-air mixture, whereby the actual starting process is initiated or initiated.

Der DE 198 08 472 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Motorstart aufzuzeigen, das mit einer wesentlich geringeren Stromstärke auskommt. Hintergrund ist, daß das Starten einer Brennkraftmaschine wesentlich höhere Stromstärken erfordert als die normale Fahrt bzw. der normale Betrieb der Brennkraftmaschine, weshalb die Auslegung einer Bord-Batterie als Kompromißlösung beiden Belastungsfällen Rechnung tragen muß.DE 198 08 472 A1 has for its object to provide a method for starting the engine, which manages with a much lower amperage. The background is that the starting of an internal combustion engine requires much higher currents than the normal drive or the normal operation of the internal combustion engine, which is why the design of an on-board battery as a compromise solution must take into account both load cases.

Das anfängliche Verdrehen der Kurbelwelle und Positionieren eines Kolbens im oberen Totpunkt (OT) soll den Kolben eines Zylinders in eine stabile Position bringen, in der der Kolben weder durch eine sich entspannende Zylinderladung vorwärts getrieben wird noch eine Rückwärtsdrehung infolge der Umkehrung einer unvollständigen und nicht abgeschlossenen Kompression erfolgt.The initial rotation of the crankshaft and positioning of a piston at top dead center (TDC) is intended to bring the piston of a cylinder into a stable position in which the piston is driven neither by a relaxing cylinder charge nor a reverse rotation due to the reversal of an incomplete and incomplete one Compression takes place.

Davon abweichend schlägt die DE 198 08 472 A1 alternativ ein Verfahren vor, bei dem der Kolben eines Zylinders durch Drehen der Kurbelwelle mittels eines Antriebes in eine Position kurz nach der OT-Stellung gebracht wird.Deviating from DE 198 08 472 A1 proposes alternatively a method in which the piston of a cylinder is brought by turning the crankshaft by means of a drive in a position shortly after the TDC position.

Die mittels eines Antriebes generierte Drehbewegung der Kurbelwelle zu Beginn des Verfahrens ist nicht vergleichbar mit der durch eine Startvorrichtung initiierten zwangsweisen Drehung der Kurbelwelle, welche schon ein Bestandteil des eigentlichen Startvorganges ist, während das Positionieren des Kolbens gemäß der DE 198 08 472 A1 lediglich als Startvorbereitung angesehen werden muß.The generated by a drive rotational movement of the crankshaft at the beginning of the process is not comparable to the initiated by a starter forced rotation of the crankshaft, which is already part of the actual starting process, while positioning the piston according to DE 198 08 472 A1 only as a start preparation must be considered.

Bei einer geeigneten Stellung der stillstehenden Kurbelwelle, in der sich ein Kolben bereits im oberen Totpunkt (OT) bzw. kurz nach dem oberen Totpunkt (OT) befindet, ist dann sogar ein Neustart aus dem Stillstand ohne Starter möglich. Dabei wird Kraftstoff direkt in den Brennraum des entsprechenden Zylinders der stillstehenden Brennkraftmaschine eingespritzt und mittels einer Zündkerze gezündet, so daß die Explosion des Luft-Kraftstoffgemisches die Kolben in Bewegung bringt, wodurch die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird.At a suitable position of the stationary crankshaft, in which a piston is already in top dead center (TDC) or shortly after top dead center (TDC), then even a restart from standstill without starter is possible. This fuel is directly into the combustion chamber of the corresponding cylinder of the stationary Internal combustion engine is injected and ignited by means of a spark plug, so that the explosion of the air-fuel mixture brings the pistons in motion, whereby the crankshaft is rotated.

Ein ähnliches Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 24 438 A1. Auch im Rahmen dieses Verfahrens wird die Kurbelwelle für d. h. vor jedem Startvorgang von einer elektrischen Maschine im Rahmen einer sogenannten Positionierphase in eine Startposition gebracht, wobei diese Startposition dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kolben mindestens eines Zylinders in einer Stellung vor dem oberen Totpunkt (OT) gebracht wird.A similar method for starting an internal combustion engine describes the German patent application DE 100 24 438 A1. Also in this process, the crankshaft for d. H. brought before each start of an electric machine in a so-called positioning phase in a start position, this start position is characterized in that the piston is brought at least one cylinder in a position before top dead center (TDC).

In der anschließenden Startphase wird in dem mindestens einen Zylinder, der sich in der Kompressionsphase befindet, eine erste Verbrennung mit verringerter Kompression und verringertem Füllgrad ausgelöst, wobei diese Verbrennung das in der Startphase an der Kurbelwelle angreifende Drehmoment der elektrischen Maschine unterstützen soll.In the subsequent starting phase, in the at least one cylinder, which is in the compression phase, a first combustion with reduced compression and reduced filling level is triggered, this combustion is to support the attacking in the starting phase on the crankshaft torque of the electric machine.

Nachteilig an den beiden beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik ist, daß vor jedem Startvorgang eine Positionierphase erforderlich ist, in der der Kolben mindestens eines Zylinders in ein für den eigentlichen Startvorgang vorteilhafte bzw. notwendige Stellung gebracht wird. Dieses Positionieren erfordert zusätzliche Zeit und verlängert den Startvorgang erheblich. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, beeinflußt eine zunehmende Startzeit die Fahrdynamik und den Fahrkomfort in nachteiliger Weise.A disadvantage of the two described methods according to the prior art is that a positioning phase is required before each start, in which the piston of at least one cylinder is brought into a position advantageous or necessary for the actual starting process. This positioning requires additional time and prolongs the startup process considerably. As stated earlier, increasing start-up time adversely affects vehicle dynamics and ride comfort.

Die DE 198 08 472 A1 schlägt aus diesem Grund sogar vor, das Positionieren d. h. das Verdrehen der Kurbelwelle mittels Fernbedienung der Türverriegelung einzuleiten, um so den Zeitverlust, der durch das vor jedem Startvorgang erforderliche Positionieren entsteht, zu umgehen. Prinzipbedingt eignet sich diese Variante nur bei einem Neustart der Brennkraftmaschine nach Verlassen des Fahrzeuges und nicht für den innerstädtischen Stop-and-Go-Verkehr, bei dem eine Vielzahl von Neustarts innerhalb kurzer Zeitspannen erforderlich sind.For this reason, DE 198 08 472 A1 even proposes to initiate the positioning, that is to say the turning of the crankshaft, by remote control of the door lock in order to avoid the loss of time caused by the positioning required before each starting operation. Due to the principle, this variant is only suitable for a restart of the internal combustion engine after leaving the vehicle and not for the inner-city stop-and-go traffic, in which a large number of restarts within a short period of time are required.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, wobei insbesondere eine Verkürzung der Startzeiten erreicht werden soll.Against this background, it is the object of the present invention to provide a method for starting an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, with which the known disadvantages of the prior art are overcome, in particular, a shortening of the start times to be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Starten einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit n Zylindern, in denen n Kolben zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) oszillieren, und einer Kurbelwelle, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

  • ■ ausgehend von einer der Motorsteuerung bekannten Stop-Position der Kurbelwelle,
  • ■ zum Starten der Brennkraftmaschine eine Startvorrichtung aktiviert wird, mit der die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird, und
  • ■ bei noch stillstehender Kurbelwelle mindestens in einen Zylinder, der sich in der Kompressionsphase befindet, Kraftstoff eingespritzt wird und das sich in diesem mindestens einen Zylinder befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, wodurch die Startvorrichtung unterstützt wird.
This object is achieved by a method for starting a equipped with an engine control direct injection internal combustion engine with n cylinders in which n piston between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) oscillate, and a crankshaft, which is characterized in that
  • ■ starting from a stop position of the crankshaft known to the engine control,
  • ■ For starting the internal combustion engine, a starting device is activated, with which the crankshaft is rotated, and
  • ■ When the crankshaft is still stationary at least in a cylinder which is in the compression phase, fuel is injected and that in this at least one cylinder located fuel-air mixture is ignited, whereby the starting device is supported.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Positionierphase verzichtet. Die Einleitung von die Startvorrichtung unterstützenden Verbrennungsprozessen wird in Form einer Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Zylinder bei noch stillstehender Kurbelwelle vorgenommen.In contrast to the methods known from the prior art, a positioning phase is dispensed with in the method according to the invention. The initiation of the starting device supporting combustion processes is carried out in the form of a fuel injection in at least one cylinder with still stationary crankshaft.

D. h. die Einspritzung erfolgt bereits vor Aktivierung der Startvorrichtung oder spätestens gleichzeitig mit Aktivierung der Startvorrichtung. Dabei wird ausgehend von einer bekannten Stopp-Position der Kurbelwelle in den Zylinder eingespritzt, der sich in der Kompressionsphase auf dem Weg zum oberen Totpunkt (OT) befindet, wobei - falls sich mehrere Zylinder in der Kompressionsphase befinden - auch in mehr als einen Zylinder eingespritzt werden kann. Vorteilhafterweise wird dies auch getan, weil die im Brennraum jedes Zylinder expandierenden Verbrennungsgase anteilig zu dem von den Gaskräften auf die Kurbelwelle ausgeübten Antriebsdrehmoment beitragen und mit einer zunehmenden Anzahl an Zylindern die Startzeit verkürzt wird.Ie. the injection takes place before activation of the starting device or at the latest simultaneously with activation of the starting device. In this case, starting from a known stop position of the crankshaft is injected into the cylinder, which is in the compression phase on the way to top dead center (TDC), wherein - if there are several cylinders in the compression phase - injected into more than one cylinder can be. This will be advantageous as well This is because the combustion gases expanding in the combustion chamber of each cylinder contribute proportionately to the drive torque exerted by the gas forces on the crankshaft, and the starting time is shortened with an increasing number of cylinders.

Der Wegfall der Positionierphase verkürzt den Startvorgang erheblich, wobei mit dem Wegfall des Positionierens auch die zum Positionieren erforderliche Energie eingespart wird, was den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert. Erfindungsgemäß unterstützen sich die in den Zylindern initiierten Verbrennungsprozesse und die Startvorrichtung gegenseitig, wobei die beiden Drehmomente, nämlich einerseits das von der Startvorrichtung auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment und andererseits das infolge der Verbrennungsvorgänge von den Gaskräften auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment, sich zu einem gemeinsamen Antriebsmoment überlagern bzw. addieren.The omission of the positioning significantly shortens the starting process, with the elimination of the positioning and the energy required for positioning is saved, which improves the overall efficiency of the internal combustion engine. According to the invention initiated in the cylinders combustion processes and the starting device mutually support, wherein the two torques, namely on the one hand exerted by the starting device on the crankshaft torque and on the other hand, the result of the combustion processes of the gas forces on the crankshaft torque applied to a common drive torque overlay or add.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht einen schnellen und insbesondere kraftstoffsparenden Neustart, wodurch auch die im Rahmen der Startprozedur generierten Schadstoffmengen vermindert werden. In einem günstigen Szenario kann die Unterstützung des Startvorgangs durch Aufbringung eines externen Drehmoments mittels der Startvorrichtung - beispielsweise einem Anlasser oder einem Starter-Generator - bereits bei oder kurz nach dem erstmaligen Erreichen des oberen Totpunktes (ZOT) beendet werden. Bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor entspricht dies im allgemeinen ungefähr einer Viertel-Umdrehung der Kurbelwelle. Durch die Verkürzung der Startzeit wird die Fahrdynamik und insbesondere der Fahrkomfort aufgrund der geringeren Geräuschemissionen verbessert. Da zu Beginn des Neustarts die Stellung der Kurbelwelle bekannt ist, besteht Klarheit über den richtigen Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt, so daß eine Einlaufphase zur Synchronisation der Motorbetriebsparameter nicht bzw. nur in sehr geringem Umfang erforderlich ist. Auf die unterschiedlichen Möglichkeiten des Determinierens der Kurbelwellenstellung zu Startbeginn wird weiter unten im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens eingegangen.The method proposed according to the invention enables a rapid and, in particular, fuel-saving restart, as a result of which the quantities of pollutants generated during the startup procedure are also reduced. In a favorable scenario, the support of the starting process by applying an external torque by means of the starting device - for example, a starter or a starter generator - already at or shortly after the first time the top dead center (ZOT) are terminated. In a four-cylinder in-line engine, this is generally about a quarter turn of the crankshaft. By shortening the start time, the driving dynamics and in particular the ride comfort is improved due to the lower noise emissions. Since the position of the crankshaft is known at the beginning of the restart, there is clarity about the correct injection timing and ignition timing, so that an entry phase for the synchronization of the engine operating parameters is not or only to a very limited extent required. The different possibilities of determining the crankshaft position at the start of the start will be discussed below in connection with the preferred embodiments of the method.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, wobei insbesondere eine Verkürzung der Startzeiten erreicht wird.With the method according to the invention, the object underlying the invention is thus achieved, namely to show a method with which the known disadvantages of the prior art are overcome, in particular a shortening of the start times is achieved.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the method are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • ■ die bekannte Stop-Position der Kurbelwelle eine vorbestimmbare Position ist, die nach Abschalten der Brennkraftmaschine kontrolliert angefahren wird, indem nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr die von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in dieser vorbestimmbaren Stop-Position angehalten wird.
Advantageous embodiments of the method, in which
  • ■ the known stop position of the crankshaft is a predeterminable position, which is started in a controlled manner after switching off the engine by the energy emitted by the internal combustion engine to its standstill is consumed in a controlled manner after switching off the ignition and / or fuel supply that the crankshaft is stopped in this predeterminable stop position.

Diese Ausführungsform des Verfahrens ist vorteilhaft, weil das Anfahren einer vorbestimmbaren Position, insbesondere einer Vorzugsposition, günstig für einen Neustart ist, insbesondere die Startzeit verkürzt und somit maßgeblich zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beiträgt.This embodiment of the method is advantageous because the approaching of a predeterminable position, in particular a preferred position, is favorable for a restart, in particular shortens the starting time and thus significantly contributes to the solution of the object underlying the invention.

Ein derartiges Verfahren gestattet beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung sogar ein Starten ohne Startvorrichtung bzw. ohne Aktivierung der Startvorrichtung, wofür lediglich Kraftstoff in die Brennräume der stillstehenden Brennkraftmaschine eingespritzt und mittels einer Zündkerze gezündet werden muß, so daß die Explosion des Luft-Kraftstoffgemisches die Kolben in Bewegung bringt, wodurch die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird.Such a method allows, for example, in internal combustion engines with direct injection even starting without starter or without activation of the starter, for which only fuel injected into the combustion chambers of the stationary engine and must be ignited by means of a spark plug, so that the explosion of the air-fuel mixture, the piston in Moving, whereby the crankshaft is rotated.

Diese Art des Startens bzw. Neustartens erfordert aber die Einhaltung bestimmter Randbedingungen. Insbesondere muß sich die Kurbelwelle - wie bereits erwähnt - in einer bestimmten Position bzw. in einem bestimmten Kurbelwinkelbereich befinden. Insofern sind gerade bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung Verfahren zum kontrollierten Abstellen zielführend.However, this type of starting or restarting requires compliance with certain boundary conditions. In particular, as already mentioned, the crankshaft must be in a specific position or in a specific crank angle range. In this respect, especially for internal combustion engines with direct injection method for controlled parking targets.

Ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der WO 01/48373 offenbart. Die WO 01/48373 lehrt die Anwendung eines Verfahrens, bei dem nach dem Abschalten d. h. nach Beendigung des regulären Betriebes der Brennkraftmaschine eine Verstellvorrichtung aktiviert und angesteuert wird, mit der die Kurbelwelle und/oder die Nockenwelle in eine vorgebbare vorteilhafte Winkelstellung bewegt wird. Dabei können sowohl aktive wie passive Verstellvorrichtungen zum Einsatz kommen.A method for the controlled shutdown of an internal combustion engine is disclosed, for example, in WO 01/48373. WO 01/48373 teaches the use of a method in which after switching off d. H. after completion of the regular operation of the internal combustion engine, an adjusting device is activated and controlled, with which the crankshaft and / or the camshaft is moved into a predefinable advantageous angular position. Both active and passive adjustment devices can be used.

Als aktive Verstellvorrichtung kann ein Elektromotor dienen, der ein Drehmoment auf die Kurbelwelle überträgt und diese nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine in die gewünschte Position dreht, welche dann bis zum Neustarten der Brennkraftmaschine beibehalten wird.As an active adjusting device can serve an electric motor which transmits a torque to the crankshaft and this rotates after switching off the internal combustion engine in the desired position, which is then maintained until the restart of the internal combustion engine.

Passive Verstellvorrichtungen können aber gemäß der WO 01/48373 ebenfalls eingesetzt werden, wobei diese passiven Verstellvorrichtungen nach Beendigung des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine die im Nachlauf der Kurbelwelle noch vorhandene Drehbewegung ausnutzen und in der Art beeinflussen, daß die Kurbelwelle in der vorgegebenen vorteilhaften Kurbelwellenstellung zum Stillstand kommt. Als passive Verstellvorrichtung werden Mittel vorgeschlagen, die beispielsweise eine Gaswechselventilsteuerung umfassen, welche bei geeigneter Ansteuerung ein Bremsmoment auf die Brennkraftmaschine bzw. Kurbelwelle überträgt, so daß die Verzögerung der Welle und damit ihre Endstellung steuerbar wird.Passive adjusting devices but can also be used according to WO 01/48373, said passive adjusting after the normal operation of the internal combustion engine exploit the still existing in the wake of the crankshaft rotary motion and influence in the way that the crankshaft in the predetermined advantageous crankshaft position to a standstill comes. As a passive adjustment means are proposed, for example, include a gas exchange valve control, which transmits a suitable braking brake torque to the engine or crankshaft, so that the delay of the shaft and thus its end position is controllable.

Im Vergleich zu den aktiven Verstellvorrichtungen bieten die passiven Verstellvorrichtungen den Vorteil, daß ihr Energieverbrauch in der Regel niedriger ist und einen auch im Hinblick auf die zugrunde liegende Aufgabe - kraftstoffsparender Neustart - akzeptabeln Wert aufweist, da die passiven Verstellvorrichtungen eine Drehbewegung der Kurbelwelle nicht initiieren, sondern prinzipbedingt lediglich eine vorhandene Drehbewegung der Kurbelwelle in geeigneter Weise verzögern.Compared to the active adjustment devices, the passive adjustment devices offer the advantage that their energy consumption is generally lower and also of acceptable value in terms of the underlying task - fuel-saving restart - since the passive adjustment devices do not initiate a rotational movement of the crankshaft, but inherently delay only an existing rotational movement of the crankshaft in a suitable manner.

Ein Verfahren zur Auslaufsteuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem gezielt die Gasaustauschventile der Brennkraftmaschine zur Ansteuerung der Vorzugspositionen verwendet werden, ist in der WO 01/44636 A2 beschrieben. Durch geeignete Ansteuerung d. h. durch geeignetes Öffnen und Schließen der Gasaustauschventile wird dabei Einfluß genommen auf den Brennraumdruck und damit auf das von den Gaskräften über den Kolben und die Pleuelstange auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment. Dieses Verfahren setzt aber eine Brennkraftmaschine voraus, die über eine zumindest teilweise variable Ventilsteuerung verfügt.A method for the outlet control of an internal combustion engine, in which the gas exchange valves of the internal combustion engine are used specifically for controlling the preferred positions, is described in WO 01/44636 A2. By suitable control d. H. by suitably opening and closing the gas exchange valves, influence is exerted on the combustion chamber pressure and thus on the torque exerted by the gas forces on the piston and the connecting rod on the crankshaft. However, this method requires an internal combustion engine which has an at least partially variable valve control.

Um präzise eine bestimmte Vorzugsposition der Kurbelwelle anfahren zu können, ist aber eine Vielzahl von Informationen notwendig. Dabei kann auf alle bereits für die übliche Motorsteuerung gemessenen und/oder abgeleiteten Daten zurückgegriffen werden, insbesondere auf die Motordrehzahl, den Kurbelwellenwinkel, die Motortemperatur beziehungsweise eine hiermit korrelierende Temperatur wie die Kühlmitteltemperatur und/oder den Ansaugdruck im Ansaugkrümmer. Die genannten Größen haben erfahrungsgemäß den stärksten Einfluß auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle.However, in order to precisely approach a certain preferred position of the crankshaft, but a lot of information is necessary. In this case, all data already measured and / or derived for the usual engine control can be used, in particular the engine speed, the crankshaft angle, the engine temperature or a temperature correlated therewith, such as the coolant temperature and / or the intake pressure in the intake manifold. Experience has shown that the variables mentioned have the strongest influence on the outflow movement of the internal combustion engine or the crankshaft.

Im Zusammenhang mit dem Anfahren einer vorbestimmbaren Position ist es erforderlich, zu ermitteln, wie viel Energie nach Abstellen der Brennkraftmaschine im Antriebsstrang vorhanden ist und während des Auslaufvorganges abgebaut werden muß.In connection with the approach of a predeterminable position, it is necessary to determine how much energy is present after switching off the internal combustion engine in the drive train and must be reduced during the discharge process.

Ein Modell für die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 03101379.0 beschrieben. Dieses Modell berücksichtigt die aktuelle kinetische Energie des Antriebsstranges, die Reibungsverluste und/oder die Kompressions- und Expansionsvorgänge in den Zylindern der Brennkraftmaschine. Ein derartiges Modell kann aufgrund theoretischer Überlegungen gewonnen und in Form mathematischer Gleichungen implementiert werden. Vorzugsweise wird das Modell jedoch ganz oder zumindest teilweise empirisch gewonnen d. h. durch Beobachtung des Motorverhaltens und Aufbereitung der dabei gewonnenen Meßdaten (z. B. als eine Lookup-Tabelle).A model for the discharge movement of the internal combustion engine is described for example in the European patent application with the application number 03101379.0. This model takes into account the actual kinetic energy of the drive train, the friction losses and / or the compression and expansion processes in the cylinders of the internal combustion engine. Such a model can be obtained on the basis of theoretical considerations and implemented in the form of mathematical equations. Preferably, however, the model is obtained entirely or at least partially empirically, ie by observing the Motor behavior and processing of the measured data obtained (eg as a lookup table).

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • ■ die Zündung des in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches im oberen Totpunkt (OT) des Kolbens oder in der sich anschließenden Expansionsphase erfolgt, nachdem der Kolben des mindestens einen Zylinders den oberen Totpunkt (OT) durchschritten hat.
Advantageous embodiments of the method, in which
  • The ignition of the fuel-air mixture in the at least one cylinder is performed at top dead center (TDC) of the piston or in the subsequent expansion phase after the piston of the at least one cylinder has passed top dead center (TDC).

Auf diese Weise wird verhindert, daß der Kolben durch den sich infolge der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches aufbauenden Gasdruck in Richtung des unteren Totpunktes (UT) bewegt und beschleunigt wird, bevor er den oberen Totpunkt (OT) durchschritten hat. Dadurch würde die Kurbelwelle entgegen ihrer eigentlichen Drehrichtung einen falschen Drehsinn erhalten, was den Startvorgang erschweren, insbesondere verlängern, würde. Die eingeleitete Verbrennung würde die Startvorrichtung nicht unterstützen, sondern dem von der Startvorrichtung auf die Kurbelwelle ausgeübten Drehmoment entgegenwirken, was kontraproduktiv wäre.In this way, the piston is prevented from being moved and accelerated in the direction of the bottom dead center (UT) by the gas pressure which builds up as a result of the combustion of the fuel-air mixture, before it has passed top dead center (TDC). As a result, the crankshaft would receive a wrong sense of rotation contrary to their actual direction of rotation, which would make the starting process difficult, in particular prolonging. The initiated combustion would not support the starting device, but counteract the torque exerted by the starting device on the crankshaft, which would be counterproductive.

Die vorgeschlagene Verfahrensvariante ist insbesondere vorteilhaft, wenn berücksichtigt wird, daß die Drehzahl der Kurbelwelle zu Beginn des Startvorganges sehr gering ist und die Trägheit des in Bewegung kommenden Systems zusammen mit der Startvorrichtung unter Umständen nicht ausreichend groß ist, um den Kolben des mindestens einen Zylinder auch bei vor dem oberen Totpunkt (OT) eingeleiteter Zündung weiter in Richtung des oberen Totpunktes (OT) und über den oberen Totpunkt hinaus zu bewegen.The proposed variant of the method is particularly advantageous if it is taken into account that the speed of the crankshaft is very low at the beginning of the starting process and the inertia of the system in motion together with the starting device may not be sufficiently large to the piston of at least one cylinder at ignition initiated before top dead center (TDC), move further towards top dead center (TDC) and beyond top dead center.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • ■ die Brennkraftmaschine mit einem Absolutwinkelsensor ausgestattet wird, der auch ohne Drehung der Kurbelwelle Informationen über die absolute Stellung der Kurbelwelle an die Motorsteuerung liefert, so daß die Stellung der stillstehenden Kurbelwelle als bekannte Stop-Position während eines Abschaltvorganges für den Neustart der Brennkraftmaschine weder erfaßt noch gespeichert zu werden braucht.
Also advantageous are embodiments of the method in which
  • ■ The internal combustion engine is equipped with an absolute angle sensor, which provides information about the absolute position of the crankshaft to the engine control without rotation of the crankshaft, so that the position of the stationary crankshaft as a known stop position during a shutdown for the restart of the internal combustion engine neither detected nor needs to be stored.

Der Absolutwinkelsensor erkennt zu Beginn des Startvorganges die Kurbelwellenstellung und liefert diese Information an die Motorsteuerung, die ausgehend von dieser ihr dann bekannten Stopp-Position der Kurbelwelle das Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine steuert. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff "absolut", daß die Stellung eines Kolbens eindeutig bestimmt wird d.h. seine Stellung auf dem Umfang der Kurbelwelle in einem Kurbelwinkelfenster von 360° und zudem, ob der Kolben sich in der Ladungswechselschleife oder in der Verbrennungsschleife befindet. Nach dem Stand der Technik erfolgt dies - wie bereits oben ausgeführt - in einem Zusammenspiel von Nockenwellensensor und Kurbelwellensensor.The absolute angle sensor detects at the beginning of the starting process, the crankshaft position and supplies this information to the engine control, which controls starting from this then known stop position of the crankshaft, the method for starting the internal combustion engine. In this context, the term "absolute" means that the position of a piston is uniquely determined, i. its position on the circumference of the crankshaft in a crank angle window of 360 ° and also whether the piston is in the charge cycle or in the combustion loop. According to the prior art, this takes place - as already stated above - in an interaction of camshaft sensor and crankshaft sensor.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten Sensoren, die in der Beschreibungseinleitung ausführlich erörtert wurden, erkennt der Absolutwinkelsensor auch die Position der stillstehenden Kurbelwelle. Realisiert werden kann dies beispielsweise dadurch, daß auf der Nockenwelle ein Ring oder Zahnkranz angeordnet wird, der auf seinem Umfang über nicht einheitliche Markierungen verfügt, die exakt über die Winkelposition der Nockenwelle und damit der Kurbelwelle Aufschluß geben. Zielführend kann dabei beispielsweise ein Zahnkranz sein, bei dem die auf dem Umfang verteilten Zähne eine unterschiedliche Breite oder unterschiedlich große Zahnzwischenräume aufweisen.In contrast to the sensors commonly used in the prior art, which were discussed in detail in the introduction to the description, the absolute angle sensor also detects the position of the stationary crankshaft. This can be achieved, for example, by arranging on the camshaft a ring or sprocket which has non-uniform markings on its circumference, which provide information about the angular position of the camshaft and thus of the crankshaft. The target may be, for example, a sprocket, in which the distributed on the circumference of the teeth have a different width or different sized interdental spaces.

Der entsprechende Sensor greift dann nicht nur Signale von dem umlaufenden Zahnkranz ab, sondern sieht bei stehendem Zahnkranz die Position der Kurbelwelle. Eine Synchronisation von Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt ist nicht erforderlich bzw. erheblich verkürzt. Des weiteren ist es unschädlich, wenn die in der Motorsteuerung abgelegten Informationen bzw. Daten über die Kurbelwinkelstellung - beispielsweise bei Ausfall der Stromversorgung - verloren gehen.The corresponding sensor then not only picks up signals from the revolving sprocket, but sees the position of the crankshaft when the sprocket is stationary. A synchronization of injection timing and ignition timing is not required or significantly shortened. Furthermore, it is harmless if the stored in the engine control information or data on the crank angle position - lost - for example in case of power failure.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • ■ die Brennkraftmaschine mit einem Absolutwinkelsensor ausgestattet wird, der bei umlaufender Kurbelwelle bis zum Stillstand der Kurbelwelle Informationen über die absolute Stellung der Kurbelwelle an die Motorsteuerung liefert, und
  • ■ die Stellung der stillstehenden Kurbelwelle von der Motorsteuerung als bekannte Stopp-Position der Kurbelwelle für den Neustart der Brennkraftmaschine gespeichert wird.
But are also advantageous embodiments of the method in which
  • ■ The internal combustion engine is equipped with an absolute angle sensor that provides information about the absolute position of the crankshaft to the engine control with rotating crankshaft to the standstill of the crankshaft, and
  • ■ The position of the stationary crankshaft is stored by the engine control as a known stop position of the crankshaft for the restart of the internal combustion engine.

Der verwendete Sensor muß dabei in der Lage sein, die Stellung der Kurbelwelle bis zum Stillstand der Kurbelwelle verfolgen bzw. erfassen zu können. Daher muß er auch die Fähigkeit besitzen, rückwärtsgerichtete Drehbewegungen detektieren zu können, wie sie sich am Ende des Auslaufvorganges der Kurbelwelle ergeben können. Nur auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Stellung der Kurbelwelle mit ausreichender Genauigkeit erfaßt wird und diese Kurbelwinkelstellung für einen späteren Start bzw. Neustart als bekannte Stop-Position zu Verfügung steht.The sensor used must be able to track or detect the position of the crankshaft to the standstill of the crankshaft. Therefore, it must also have the ability to detect reverse rotational movements, as they may result at the end of the phasing of the crankshaft. Only in this way it is ensured that the position of the crankshaft is detected with sufficient accuracy and this crank angle position is available for a later start or restart as a known stop position.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • ■ die Startvorrichtung während der ersten Expansionsphase des mindestens einen Zylinders deaktiviert wird d.h. nachdem der Kolben des mindestens einen Zylinders den oberen Totpunkt (OT) durchschritten hat und bevor der Kolben des mindestens einen Zylinders den unteren Totpunkt (UT) erreicht.
Advantageous embodiments of the method, in which
  • The starting device is deactivated during the first expansion phase of the at least one cylinder, ie after the piston of the at least one cylinder has passed top dead center (TDC) and before the piston of the at least one cylinder reaches bottom dead center (TDC).

Die Brennkraftmaschine wird im Rahmen dieser Verfahrensvariante nach der vergleichsweise frühen Deaktivierung der Startvorrichtung allein durch die in den Brennräumen der Zylinder initiierten Verbrennungsprozesse auf die Leerlaufdrehzahl von ungefähr 700 U/min hochgefahren. Die frühe Deaktivierung der Startvorrichtung mindert zum einen die von der Startvorrichtung verbrauchte Energie und zum anderen das von der Startvorrichtung emittierte Geräusch, was grundsätzlich zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beiträgt, nämlich einen möglichst kraftstoffsparenden, geräuscharmen und komfortablen Neustart zu gewährleisten.The internal combustion engine is raised in the context of this process variant after the comparatively early deactivation of the starting device solely by the combustion processes initiated in the combustion chambers of the cylinder combustion processes to the idle speed of about 700 U / min. The early deactivation of the starting device on the one hand reduces the energy consumed by the starting device and on the other hand the noise emitted by the starting device, which basically contributes to the solution of the object underlying the invention, namely to ensure a fuel-efficient, quiet and comfortable restart.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Startvorrichtung für mindestens eine Umdrehung der Kurbelwelle aktiviert bleibt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Startvorgang erfolgreich abgeschlossen wird.However, embodiments of the method in which the starting device remains activated for at least one revolution of the crankshaft are also advantageous. This will ensure that the boot process completes successfully.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Startvorrichtung erst bei Erreichen einer vorgebbaren Mindestdrehzahl deaktiviert wird. Auch diese Variante hat das Ziel, einen sicheren Start der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.Embodiments of the method in which the starting device is deactivated only when a predeterminable minimum rotational speed is reached are also advantageous. This variant also has the goal of ensuring a safe start of the internal combustion engine.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Startvorrichtung ein Anlasser verwendet wird. Wird als Startvorrichtung ein Anlasser verwendet, eignet sich das Verfahren auch zum Nachrüsten von bereits auf dem Markt befindlichen und mit einem Anlasser ausgestatteten Brennkraftmaschinen bzw. Fahrzeugen, da dann lediglich Veränderungen in den Steuerungsprogrammen der Motorsteuerung vorgenommen werden müssen, um die Brennkraftmaschine beim Starten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betreiben zu können. Gegebenenfalls muß ein Absolutwinkelgeber vorgesehen werden, um die für den Startvorgang erforderliche absolute Stellung der Kurbelwelle bestimmen zu können.Also advantageous are embodiments of the method in which a starter is used as starting device. If a starter is used as starting device, the method is also suitable for retrofitting already on the market and equipped with a starter internal combustion engines or vehicles, since then only changes in the control programs of the engine control must be made to the engine when starting according to the to be able to operate the process according to the invention. If necessary, an absolute angle encoder must be provided in order to be able to determine the absolute position of the crankshaft required for the starting process.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Startvorrichtung ein Starter-Generator verwendet wird. Ein sogenannter Starter-Generator vereint die Funktionen eines herkömmlichen Starters und eines Generator bzw. einer Lichtmaschine.Also advantageous are embodiments of the method in which a starter generator is used as starting device. A so-called starter generator combines the functions of a conventional starter and a generator or an alternator.

Vorteilhaft ist ein kombinierter Starter-Generator zum einen in Hinblick auf den Stop-and-Go-Verkehr, der einen Start-Stopp-Betrieb und damit eine entsprechend hohe Anzahl an Neustarts erfordert, und zum anderen im Hinblick an den gestiegenen Bedarf an elektrischer Energie infolge des zunehmenden Fahrzeugkomforts und der damit zusätzlich notwendigen elektrischen Systeme.Advantageous is a combined starter generator on the one hand in terms of the stop-and-go traffic, which requires a start-stop operation and thus a correspondingly high number of restarts, and on the other hand in view of the increased demand for electrical energy as a result of the increasing vehicle comfort and thus additionally necessary electrical systems.

Im Generatorbetrieb wird der Starter-Generator im unteren Drehzahlbereich vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit zur Stromerzeugung ausreichend hohen Drehzahlen von der Brennkraftmaschine angetrieben und zur Stromerzeugung eingesetzt, wohingegen beim Startvorgang der Starter-Generator die Brennkraftmaschine mit kleinen Drehzahlen und hohem Drehmoment zwangsweise in Drehung versetzt d. h. antreibt.In generator mode, the starter-generator in the lower speed range, preferably with the interposition of a transmission with power generation sufficiently high speeds driven by the internal combustion engine and used for power generation, whereas when starting the starter-generator, the internal combustion engine with small speeds and high torque forcibly set in rotation ie drives.

Zum Einsatz können sogenannte integrierte Starter-Generatoren (ISG) kommen, aber auch sogenannte ISAD Starter-Generatoren (Integrierte Starter Alternator Damper) oder dergleichen. Der ISAD, der auch als Kurbelwellen-Starter-Generator bezeichnet wird, vereinigt die Funktionen eines Starters, der Lichtmaschine und eines Schwingungstilgers in sich. Das System umfaßt eine elektrische Maschine, die anstelle des Schwungrades zwischen Motor und Getriebe die Kurbelwelle umgreift.For use so-called integrated starter generators (ISG) may come, but also so-called ISAD starter generators (Integrated Starter Alternator Damper) or the like. The ISAD, also referred to as a crankshaft starter generator, combines the functions of a starter, the alternator and a vibration absorber in itself. The system comprises an electric machine which engages around the crankshaft instead of the flywheel between the engine and the transmission.

Bei Brennkraftmaschinen, die mit einer zumindest teilweise variablen Ventilsteuerung ausgestattet sind, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen

  • ■ die zumindest teilweise variable Ventilsteuerung in der Art gesteuert wird, daß zumindest das erste Arbeitsspiel des mindestens einen Zylinders mit verminderter Kompression durchgeführt wird.
In internal combustion engines, which are equipped with an at least partially variable valve control, embodiments of the method are advantageous in which
  • ■ the at least partially variable valve control is controlled in such a way that at least the first working cycle of the at least one cylinder is carried out with reduced compression.

Eine verminderte Kompression kann durch geeignete Steuerzeiten der Ventile realisiert werden. Beispielsweise kann durch ein frühes Schließen des Einlaßventils die Zylinderfrischladung verringert werden, was in der Kompressionsphase zu einem geringeren Druck im Brennraum führt. Eine andere Möglichkeit besteht in der Vergrößerung der Ventilüberschneidung oder einem späten Schließen der Einlaßventile mit dem Ziel, daß ein Teil der angesaugten Frischladung wieder ausgeschoben wird, ohne an der Verbrennung teilzunehmen. Auch diese Vorgehensweise führt zu einem verminderten Zylinderdruck in der Kompressionsphase während des Startens.A reduced compression can be realized by suitable timing of the valves. For example, can be reduced by an early closing of the intake valve, the fresh cylinder charge, resulting in the compression phase to a lower pressure in the combustion chamber. Another possibility is to increase the valve overlap or to close the intake valves late with the aim of re-expelling part of the fresh intake charge without taking part in the combustion. Also, this approach leads to a reduced cylinder pressure in the compression phase during startup.

Unabhängig von der gewählten Art und Weise führt eine verminderte Kompression d. h. ein verminderter Zylinderdruck zu einer Verkleinerung des notwendigen Antriebsmoment, welches für einen erfolgreichen Start der Brennkraftmaschine aufgebracht werden muß. Folglich führt diese Vorgehensweise auch zu einer Kraftstoffersparnis im Rahmen des Startvorganges.Regardless of the chosen manner, a reduced compression, ie a reduced cylinder pressure, leads to a reduction of the necessary drive torque which must be applied for a successful start of the internal combustion engine. Consequently, this procedure also leads to a fuel economy in the context of the starting process.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • ■ die Kompression des mindestens einen Zylinders während des Startvorganges in mehreren Schritten gesteigert wird.
In this case, embodiments of the method are advantageous in which
  • ■ the compression of the at least one cylinder is increased during the starting process in several steps.

Diese Verfahrensvariante trägt dem Umstand Rechnung, daß - eine deaktivierte Startvorrichtung vorrausgesetzt - eine umlaufende Kurbelwelle und die an ihr angelenkten Bauteile mit zunehmender Drehzahl auch an Trägheit gewinnen und mit fortschreitender Drehung der Kurbelwelle die Anzahl der Zylinder, in denen Verbrennungsprozesse initiiert werden und die damit den Startvorgang unterstützen, zunimmt. Daher kann mit zunehmender Drehzahl und fortschreitender Drehbewegung der Kurbelwelle auch eine zunehmende Zylinderfrischladung komprimiert werden, ohne daß die Gefahr einer Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle zu befürchten wäre. Aus diesem Grund ist eine schrittweise Steigerung der Kompression d.h. des Zylinderdruckes bzw. der Zylinderfrischladung vorzuziehen.

  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahren, bei denen
  • ■ zur Unterstützung des Startvorganges bei noch stillstehender Kurbelwelle in mindestens einen Zylinder, der sich in der Expansionsphase befindet, Kraftstoff eingespritzt wird und das sich in diesem mindestens einen Zylinder befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, wodurch der Startvorgang unterstützt wird.
This variant of the method takes into account the fact that - a deactivated starting device vorrausgesetzt - win a rotating crankshaft and its hinged components with increasing speed and inertia and with progressive rotation of the crankshaft, the number of cylinders in which combustion processes are initiated and thus the Support startup process increases. Therefore, with increasing speed and progressive rotational movement of the crankshaft and an increasing fresh cylinder charge can be compressed without the risk of reverse rotation of the crankshaft would be feared. For this reason, a gradual increase in the compression, that is, the cylinder pressure or the fresh cylinder charge is preferable.
  • Advantageous embodiments of the method, in which
  • ■ To assist the starting process with still stationary crankshaft in at least one cylinder, which is in the expansion phase, fuel is injected and is ignited in this at least one cylinder located fuel-air mixture, whereby the starting process is assisted.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von sechs Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 6 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1
in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW,
Fig. 2
in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW,
Fig. 3
in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer dritten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW,
Fig.4
in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer vierten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW,
Fig. 5
in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer fünften Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW, und
Fig. 6
in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW.
In the following the invention will be described in more detail with reference to six embodiments according to Figures 1 to 6. Hereby shows:
Fig. 1
in a chronological sequence, the individual method steps of a first embodiment of the method plotted over ° CA,
Fig. 2
in a chronological sequence the individual process steps of a second embodiment of the method plotted over ° CA,
Fig. 3
in a chronological sequence the individual process steps of a third embodiment of the method plotted over ° CA,
Figure 4
in a chronological sequence the individual process steps of a fourth embodiment of the method plotted over ° CA,
Fig. 5
in a chronological sequence the individual process steps of a fifth embodiment of the method plotted on ° KW, and
Fig. 6
in a chronological sequence, the individual process steps of a sixth embodiment of the method plotted over ° CA.

Figur 1 zeigt in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW.FIG. 1 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a first embodiment of the method plotted over ° CA.

Ausgehend von einer Stopp-Position der Kurbelwelle, die der Motorsteuerung bekannt ist und in der sich mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine in der Kompressionsphase befindet wird Kraftstoff in diesen mindestens eine Zylinder bei noch stillstehender Kurbelwelle eingespritzt. Dabei befindet sich der Kolben des mindestens einen Zylinders zwischen dem unteren Totpunkt (UT) und dem oberen Totpunkt (ZOT)der Zündung.Starting from a stop position of the crankshaft, which is known to the engine control and in which at least one cylinder of the internal combustion engine is in the compression phase, fuel is injected into these at least one cylinder while the crankshaft is still stationary. In this case, the piston of the at least one cylinder is located between the bottom dead center (UT) and the top dead center (ZOT) of the ignition.

Gleichzeitig mit der Einleitung des Einspritzvorganges wird die Startvorrichtung aktiviert, die zusätzlich zu den initiierten Verbrennungsprozessen ein Antriebsmoment auf die Kurbelwelle übertragen soll. Bei der in Figur 1 dargestellten Verfahrensvariante wird der Einspritzvorgang noch vor Erreichen des oberen Totpunktes (ZOT) beendet bzw. abgeschlossen. Der Kurbelwinkelbereich, in dem die Einspritzung durchgeführt wird, trägt das Bezugszeichen 2.Simultaneously with the initiation of the injection process, the starting device is activated, which is to transmit a drive torque to the crankshaft in addition to the initiated combustion processes. In the process variant shown in FIG. 1, the injection process is terminated or completed before the top dead center (ZOT) has been reached. The crank angle range in which the injection is carried out bears the reference numeral 2.

Die Zündung des sich in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt in der Expansionsphase, nachdem der Kolben den oberen Totpunkt (ZOT) durchschritten hat. Die Zündung ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet.The ignition of the located in the at least one cylinder fuel-air mixture takes place in the expansion phase after the piston has passed the top dead center (ZOT). The ignition is indicated by the reference numeral 3.

Die Phase, in der die Startvorrichtung aktiviert ist und den Startvorgang unterstützt, ist mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die Startvorrichtung wird bereits in der ersten sich anschließenden Expansionsphase des mindestens einen Zylinders deaktiviert. Im weiteren Verlauf wird die Brennkraftmaschine ausschließlich mittels in den Zylindern initiierten Verbrennungsprozessen auf die Leerlaufdrehzahl hochgefahrenThe phase in which the starting device is activated and supports the starting process is indicated by the reference numeral 1. The starting device is already deactivated in the first subsequent expansion phase of the at least one cylinder. In the further course of the engine is ramped up exclusively by means of combustion processes initiated in the cylinders to the idle speed

Figur 2 zeigt in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Verfahrensvariante erörtert werden, weshalb im übrigen bezug genommen wird auf Figur 1. Es wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.FIG. 2 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a second embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 1 will be discussed, for which reason reference is otherwise made to FIG. 1. The same reference numerals have been used.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird bei der Verfahrensvariante entsprechend Figur 2 erfolgt die Zündung des sich in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches bereits in der Kompressionsphase, bevor der Kolben den oberen Totpunkt (ZOT) durchschreitet.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, in the method variant according to FIG. 2, the ignition of the fuel-air mixture in the at least one cylinder takes place already in the compression phase before the piston passes through top dead center (ZOT).

Figur 3 zeigt in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer dritten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 2 dargestellten Verfahrensvariante erörtert werden, weshalb im übrigen bezug genommen wird auf Figur 2. Es wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.FIG. 3 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a third embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 2 will be discussed, for which reason reference is otherwise made to FIG. 2. The same reference numerals have been used.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wird bei der Verfahrensvariante entsprechend Figur 3 die Startvorrichtung nicht bereits in der ersten Expansionsphase des mindestens einen Zylinders deaktiviert, sondern weiter zur Unterstützung des Startvorganges herangezogen. Dabei bleibt die Startvorrichtung bis zum Erreichen einer vorgebbaren Mindestdrehzahl, bei der von einem erfolgreichen Startvorgang bzw. -versuch ausgegangen werden kann, aktiviert.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2, in the variant of the method according to FIG. 3 the starting device is not already deactivated in the first expansion phase of the at least one cylinder, but is further used to support the starting process. In this case, the starting device remains activated until reaching a predefinable minimum speed at which a successful starting procedure or attempt can be assumed.

Figur 4 zeigt in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer vierten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Verfahrensvariante erörtert werden, weshalb im übrigen bezug genommen wird auf Figur 1. Es wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.FIG. 4 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a fourth embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 1 will be discussed, for which reason reference is otherwise made to FIG. 1. The same reference numerals have been used.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird der Einspritzvorgang bei der Verfahrensvariante entsprechend Figur 4 bereits eingeleitet bevor die Startvorrichtung aktiviert wird. D. h. die beiden Maßnahmen, die im Rahmen des Startvorganges die Kurbelwelle zwangsweise in Drehung versetzen sollen, nämlich die Aktivierung der Startvorrichtung und die Initiierung von Verbrennungsprozessen, werden nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt eingeleitet.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the injection process in the method variant according to FIG. 4 is already initiated before the starting device is activated. Ie. the two measures which are to force the crankshaft to rotate as part of the starting process, namely the activation of the starting device and the initiation of combustion processes, are not initiated simultaneously but with a time offset.

Die Zündung des sich in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt im oberen Totpunkt (OT).The ignition of the located in the at least one cylinder fuel-air mixture takes place at top dead center (TDC).

Figur 5 zeigt in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer fünften Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Verfahrensvariante erörtert werden, weshalb im übrigen bezug genommen wird auf Figur 1. Es wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.FIG. 5 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a fifth embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 1 will be discussed, for which reason reference is otherwise made to FIG. 1. The same reference numerals have been used.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird die Startvorrichtung bei der Verfahrensvariante entsprechend Figur 5 bereits bei Erreichen des oberen Totpunktes (ZOT) deaktiviert bevor der Zylinder von der Kompressionsphase in die Expansionsphase übergeht. D. h. während der Expansionsphase wird die Kurbelwelle im Rahmen des Startvorganges ausschließlich durch die Initiierung von Verbrennungsprozessen zwangsweise in Drehung versetzt.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the starting device in the method variant according to FIG. 5 is already deactivated when the top dead center (ZOT) is reached before the cylinder moves from the compression phase into the expansion phase. Ie. during the expansion phase, the crankshaft is forcibly rotated as part of the starting process solely by the initiation of combustion processes.

Figur 6 zeigt in einer chronologischen Abfolge die einzelnen Verfahrensschritte einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens aufgetragen über °KW. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 2 dargestellten Verfahrensvariante erörtert werden, weshalb im übrigen bezug genommen wird auf Figur 2. Es wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.FIG. 6 shows, in a chronological sequence, the individual method steps of a sixth embodiment of the method plotted over ° CA. Only the differences from the method variant shown in FIG. 2 will be discussed, For that reason, reference is otherwise made to FIG. 2. The same reference numerals have been used.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 und analog zu der zuvor beschriebenen Verfahrensvariante gemäß Figur 5 wird die Startvorrichtung bei der Verfahrensvariante entsprechend Figur 6 bereits bei Erreichen des oberen Totpunktes (ZOT) deaktiviert bevor der Zylinder von der Kompressionsphase in die Expansionsphase übergeht. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 5 näher ausgeführt wurde, wird folglich die Kurbelwelle während der Expansionsphase im Rahmen des Startvorganges ausschließlich durch die Initiierung von Verbrennungsprozessen zwangsweise in Drehung versetzt.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2 and analogously to the previously described method variant according to FIG. 5, the starting device in the method variant according to FIG. 6 is already deactivated when the top dead center (ZOT) is reached before the cylinder moves from the compression phase into the expansion phase. As has already been explained in more detail in connection with FIG. 5, consequently the crankshaft is forcibly rotated during the expansion phase during the starting process solely by the initiation of combustion processes.

Bezugszeichenreference numeral

11
Kurbelwinkelbereich, in dem die Startvorrichtung aktiviert istCrank angle range in which the starting device is activated
22
Kurbelwinkelbereich, in dem die Einspritzung durchgeführt wirdCrank angle range in which the injection is performed
33
Zündungignition
KWKW
Kurbelwellenwinkelcrankshaft angle
LOTLOT
oberer Totpunkt während des Ladungswechselstop dead center during the charge change
OTOT
oberer TotpunktTop Dead Center
UTUT
unterer Totpunktbottom dead center
ZOTZOT
oberer Totpunkt während der Verbrennung bzw. Zündungtop dead center during combustion or ignition

Claims (11)

Verfahren zum Starten einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit n Zylindern, in denen n Kolben zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) oszillieren, und einer Kurbelwelle,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ ausgehend von einer der Motorsteuerung bekannten Stopp-Position der Kurbelwelle, ■ zum Starten der Brennkraftmaschine eine Startvorrichtung aktiviert wird, mit der die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird, und ■ bei noch stillstehender Kurbelwelle mindestens in einen Zylinder, der sich in der Kompressionsphase befindet, Kraftstoff eingespritzt wird und das sich in diesem mindestens einen Zylinder befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, wodurch die Startvorrichtung unterstützt wird.
A method of starting a direct injection internal combustion engine equipped with an engine control with n cylinders in which n pistons oscillate between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (TDC) and a crankshaft,
characterized in that ■ starting from a crankshaft stop position known to the engine control, ■ For starting the internal combustion engine, a starting device is activated, with which the crankshaft is rotated, and ■ When the crankshaft is still stationary at least in a cylinder which is in the compression phase, fuel is injected and that in this at least one cylinder located fuel-air mixture is ignited, whereby the starting device is supported.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die bekannte Stopp-Position der Kurbelwelle eine vorbestimmbare Position ist, die nach Abschalten der Brennkraftmaschine kontrolliert angefahren wird, indem nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr die von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in dieser vorbestimmbaren Stopp-Position angehalten wird.
Method according to claim 1,
characterized in that The known stop position of the crankshaft is a predeterminable position, which is started in a controlled manner after the internal combustion engine has been switched off, by consuming the energy emitted by the internal combustion engine to a standstill, after switching off the ignition and / or the fuel supply, in such a way that the crankshaft is stopped in this predeterminable stop position.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Zündung des in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches im oberen Totpunkt (OT) des Kolbens oder in der sich anschließenden Expansionsphase erfolgt, nachdem der Kolben des mindestens einen Zylinders den oberen Totpunkt (OT) durchschritten hat.
Method according to claim 1 or 2,
characterized in that The ignition of the fuel-air mixture in the at least one cylinder is performed at top dead center (TDC) of the piston or in the subsequent expansion phase after the piston of the at least one cylinder has passed top dead center (TDC).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Brennkraftmaschine mit einem Absolutwinkelsensor ausgestattet wird, der auch ohne Drehung der Kurbelwelle Informationen über die absolute Stellung der Kurbelwelle an die Motorsteuerung liefert, so daß die Stellung der stillstehenden Kurbelwelle als bekannte Stopp-Position während eines Abschaltvorganges für den Neustart der Brennkraftmaschine weder erfaßt noch gespeichert zu werden braucht.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that ■ The internal combustion engine is equipped with an absolute angle sensor, which provides information about the absolute position of the crankshaft to the engine control even without rotation of the crankshaft, so that the position of the stationary crankshaft as a known stop position during a shutdown for the restart of the internal combustion engine neither detected nor needs to be stored.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Brennkraftmaschine mit einem Absolutwinkelsensor ausgestattet wird, der bei umlaufender Kurbelwelle bis zum Stillstand der Kurbelwelle Informationen über die absolute Stellung der Kurbelwelle an die Motorsteuerung liefert, und ■ die Stellung der stillstehenden Kurbelwelle von der Motorsteuerung als bekannte Stopp-Position der Kurbelwelle für den Neustart der Brennkraftmaschine gespeichert wird.
Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that ■ The internal combustion engine is equipped with an absolute angle sensor that provides information about the absolute position of the crankshaft to the engine control with rotating crankshaft to the standstill of the crankshaft, and ■ The position of the stationary crankshaft is stored by the engine control as a known stop position of the crankshaft for the restart of the internal combustion engine.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Startvorrichtung während der ersten Expansionsphase des mindestens einen Zylinders deaktiviert wird d.h. nachdem der Kolben des mindestens einen Zylinders den oberen Totpunkt (OT) durchschritten hat und bevor der Kolben des mindestens einen Zylinders den unteren Totpunkt (UT) erreicht.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that The starting device is deactivated during the first expansion phase of the at least one cylinder, ie after the piston of the at least one cylinder has passed top dead center (TDC) and before the piston of the at least one cylinder reaches bottom dead center (TDC).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ das als Startvorrichtung ein Anlasser verwendet wird.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that ■ The starter is a starter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ das als Startvorrichtung ein Starter-Generator verwendet wird.
Method according to one of claims 1 to 6,
characterized in that ■ The starter generator is used as starting device.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Starten einer Brennkraftmaschine, die mit einer zumindest teilweise variablen Ventilsteuerung ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die zumindest teilweise variable Ventilsteuerung in der Art gesteuert wird, daß zumindest das erste Arbeitsspiel des mindestens einen Zylinders mit verminderter Kompression durchgeführt wird.
Method according to one of the preceding claims for starting an internal combustion engine, which is equipped with an at least partially variable valve control,
characterized in that ■ the at least partially variable valve control is controlled in such a way that at least the first working cycle of the at least one cylinder is carried out with reduced compression.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Kompression des mindestens einen Zylinders während des Startvorganges in mehreren Schritten gesteigert wird.
Method according to claim 9,
characterized in that ■ the compression of the at least one cylinder is increased during the starting process in several steps.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ■ zur Unterstützung des Startvorganges bei noch stillstehender Kurbelwelle in mindestens einen Zylinder, der sich in der Expansionsphase befindet, Kraftstoff eingespritzt wird und das sich in diesem mindestens einen Zylinder befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, wodurch der Startvorgang unterstützt wird.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that ■ To assist the starting process with still stationary crankshaft in at least one cylinder, which is in the expansion phase, fuel is injected and is ignited in this at least one cylinder located fuel-air mixture, whereby the starting process is assisted.
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