DE102011080243A1 - Method for starting internal combustion engine, involves selecting fuel injection timing and ignition timing of working cylinder so that torque transmitted by ignition of fuel/air mixture from cylinder to crankshaft is maximized - Google Patents

Method for starting internal combustion engine, involves selecting fuel injection timing and ignition timing of working cylinder so that torque transmitted by ignition of fuel/air mixture from cylinder to crankshaft is maximized Download PDF

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Abstract

The method involves rotating a crankshaft (50) in opposite direction of normal rotation direction, after detecting the start request of the internal combustion engine. The air charge in a working cycle of a working cylinder (10) is compressed, and the crankshaft is moved in forward direction. The injection timing of injecting the fuel into the working cylinder and/or ignition timing of ignition in the working cylinder are selected, such that torque transmitted by the ignition of fuel/air mixture from working cylinder to the crankshaft is maximized. Independent claims are included for the following: (1) a computer program stored in electrical storage medium for controlling and/or regulating internal combustion engine; and (2) a controlling or regulating device for controlling and/or regulating internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 199 55 857 ist ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im Stillstand der Kurbelwelle in denjenigen Zylinder dessen Kolben sich in einer Verdichtungsphase befindet, Kraftstoff eingespritzt und entzündet wird, so dass sich die Kurbelwelle rückwärts bewegt. Hierbei werden eine Einspritzung und/oder eine Zündung derart durchgeführt, dass der Kolben sich über seinen rückwärtigen unteren Totpunkt hinwegbewegt, sich jedoch nicht über seinen darauffolgenden rückwärtigen oberen Totpunkt hinwegbewegt, sondern dass dort die Bewegung der Kurbelwelle sich in eine Vorwärtsbewegung umkehrt. Dadurch bewegt sich die Kurbelwelle um einen Takt nach rückwärts. Danach gelangt sie wieder in einen definierten Umkehrpunkt, aus dem die Brennkraftmaschine definiert gestartet werden kann. From the DE 199 55 857 a method for starting an internal combustion engine is known, in which at standstill of the crankshaft in those cylinders whose piston is in a compression phase, fuel is injected and ignited, so that the crankshaft moves backwards. In this case, an injection and / or an ignition are performed such that the piston moves past its rear bottom dead center, but does not move beyond its subsequent rear top dead center, but that there reverses the movement of the crankshaft in a forward movement. As a result, the crankshaft moves backward one clock. It then returns to a defined reversal point from which the internal combustion engine can be started in a defined manner.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist nun möglich, dass durch Zündung eines Kraftstoff-/Luft-Gemisches in dem im Arbeitstakt befindlichen Zylinder die Vorwärtsbewegung der Brennkraftmaschine definiert eingeleitet wird.It is now possible that the forward movement of the internal combustion engine is defined defined by ignition of a fuel / air mixture in the cylinder located in the working cycle.

Hierbei können Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt so gewählt werden, dass ein thermodynamischer Wirkungsgrad bei einer folgenden Verbrennung maximiert wird. Auch können Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt so gewählt werden, dass die generierte Leistung der Brennkraftmaschine maximiert wird.In this case, injection timing and ignition timing can be chosen so that a thermodynamic efficiency is maximized in a subsequent combustion. Also, injection timing and ignition timing may be selected to maximize the generated power of the engine.

Eine Schwierigkeit bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es, die die Vorwärtsbewegung initiierende Verbrennung derart zu gestalten, dass der Start der Brennkraftmaschine stets erfolgreich ist. Durch Kompressionsmomente von Gasfedern in den Zylindern kann es beispielsweise vorkommen, dass ein Zylinder, der sich bei Initiierung der Vorwärtsdrehung in einem Kompressionstakt befindet und durch die Vorwärtsdrehung den oberen Totpunkt überschreiten soll, um selbst in den Arbeitstakt zu gelangen, diesen oberen Totpunkt nicht überschreitet, da die Kompressionskräfte der Gasfedern die Vorwärtsdrehung der Brennkraftmaschine vorher abbremsen. Die Brennkraftmaschine würde in einem solchen Fall beispielsweise auspendeln, und nicht starten können.One difficulty with prior art methods is that the combustion initiating forward motion is such that the engine startup is always successful. By compression moments of gas springs in the cylinders, it may happen, for example, that a cylinder which is in a compression stroke at the initiation of the forward rotation and is to exceed the top dead center by the forward rotation in order to get into the power stroke itself does not exceed this top dead center. because the compression forces of the gas springs slow down the forward rotation of the internal combustion engine. The internal combustion engine would, for example, oscillate in such a case and not be able to start.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es für ein aus dem Start der Technik bekanntes Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine, bei dem die Brennkraftmaschine zunächst durch eine erste Verbrennung in einem ersten Zylinder rückwärts gedreht wird und anschließen durch Zündung eines Kraftstoff-/Luft-Gemisches in einem in einem Arbeitstakt befindlichen zweiten Zylinder vorwärts gedreht wird, die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Starts deutlich erhöht wird, wenn Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt so gewählt werden, dass ein Drehmoment, das durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im zweiten Zylinder auf die Kurbelwelle übertragen wird, maximiert wird.According to the invention it has been recognized that it is for a known from the start of the art method for starting the internal combustion engine, in which the internal combustion engine is first rotated by a first combustion in a first cylinder backwards and connect by ignition of a fuel / air mixture in an in If the injection timing and ignition timing are selected to maximize torque transmitted to the crankshaft by combustion of the fuel-air mixture in the second cylinder becomes.

Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass ein Verbrennungsschwerpunkt im Arbeitszylinder zu einem möglichst späten Zeitpunkt der Vorwärtsdrehbewegung, also bei einem möglichst großen Kurbelwellenwinkel, erreicht wird.This can be achieved, for example, by achieving a focal point of combustion in the working cylinder at the earliest possible point in time of the forward rotational movement, that is, at the largest possible crankshaft angle.

Vorteilhaft für die Maximierung des Drehmoments ist es, wenn der Verbrennungsschwerpunkt bei Winkel der Kurbelwelle zwischen 40° und 120° liegt, noch besser zwischen 65° und 90° liegt.It is advantageous for the maximization of the torque, if the combustion center of gravity is at an angle of the crankshaft between 40 ° and 120 °, even better between 65 ° and 90 °.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verbrennung möglichst langsam abläuft, was durch eine möglichst homogene Vermischung des Kraftstoff-/Luft-Gemisches erreicht werden kann. Besonders einfach ist es, wenn Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt zeitlich möglichst weit auseinander liegen.Furthermore, it is advantageous if the combustion proceeds as slowly as possible, which can be achieved by the most homogeneous possible mixing of the fuel / air mixture. It is particularly simple if the time of injection and the ignition point are as far apart as possible in terms of time.

Dies kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, dass die Einspritzung in den Arbeitszylinder unmittelbar nach dem Erfassen der Startanforderung erfolgt.This can advantageously be achieved in that the injection takes place in the working cylinder immediately after the detection of the start request.

Wird der Arbeitszylinder frühzeitig identifiziert, so kann die Einspritzung in den Arbeitszylinder auch bereits vor einem vorhergehenden Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgen, was den zeitlichen Abstand zum Zündzeitpunkt weiter erhöht.If the working cylinder is identified early, the injection into the working cylinder can also take place before a previous standstill of the internal combustion engine, which further increases the time interval from the ignition point.

Gleichzeitig ist es sowohl zum Erreichen einer langsamen Verbrennung als auch allgemein für eine späte Lage der Verbrennung sinnvoll, wenn die Zündung im Arbeitszylinder spät erfolgt, beispielsweise, nachdem der Arbeitszylinder in eine Vorwärtsbewegung übergegangen ist.At the same time it makes sense both to achieve a slow combustion and generally for a late position of the combustion when the ignition in the working cylinder takes place late, for example, after the working cylinder has moved into a forward movement.

Es ist auch möglich, dass die die Zündung in dem Arbeitszylinder an einen festvorgebbaren Winkel der Kurbelwelle, beispielsweise 30°, gekoppelt wird. In diesem Fall würde erst gezündet werden, wenn die Brennkraftmaschine in ihrer Vorwärtsbewegung diese Kurbelwellenstellung überschreitet. Dies macht das Verfahren besonders einfach. It is also possible for the ignition in the working cylinder to be coupled to a predeterminable angle of the crankshaft, for example 30 °. In this case, would be ignited only when the internal combustion engine in its forward movement exceeds this crankshaft position. This makes the process particularly easy.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren von einem Computerprogramm durchgeführt, welches auf einem elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine abgespeichert ist.Advantageously, the inventive method is performed by a computer program which is stored on an electrical storage medium for a control and / or regulating device of an internal combustion engine.

Die Figuren zeigen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigen: The figures show a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention. Show it:

1 schematisch den Aufbau einer Brennkraftmaschine; 1 schematically the structure of an internal combustion engine;

2 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Starten der Brennkraftmaschine, bei dem die Brennkraftmaschine zunächst rückwärts und anschließend vorwärts gedreht wird; 2 schematically the flow of a method for starting the internal combustion engine, in which the internal combustion engine is first rotated backwards and then forward;

3 schematisch den Ablauf eines Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine, bei dem der Verbrennungsschwerpunkt im Arbeitstakt spät gewählt wird; 3 schematically the flow of a method for starting the internal combustion engine, in which the combustion center is selected late in the power stroke;

4 schematisch die Wirkungsweise eines spät gewählten Verbrennungsschwerpunkts; 4 schematically the mode of action of a late-selected combustion center;

5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; 5 a flowchart of an embodiment of the invention;

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt einen Zylinder 10 einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraum 20, einem Kolben 30, der mit einer Pleuelstange 40 mit einer Kurbelwelle 50 verbunden ist. Der Kolben 30 führt in bekannter Weise eine Auf- und Abwärtsbewegung durch. Die Umkehrpunkte der Bewegung werden als Totpunkte bezeichnet. Der Übergang von Aufwärtsbewegung in Abwärtsbewegung wird als oberer Totpunkt, der Übergang von Abwärtsbewegung zu Aufwärtsbewegung als unterer Totpunkt bezeichnet. Eine Winkelstellung der Kurbelwelle 50, ein so genannter Kurbelwellenwinkel, wird in üblicher Weise relativ zum oberen Totpunkt definiert. Ein Kurbelwellensensor 220 erfasst die Winkelstellung der Kurbelwelle 50. Der Kurbelwellensensor 220 ist so ausgeformt, dass auf einem Zahnrad periodisch – beispielsweise in einem Winkelabstand von 6° – Zähne angeordnet sind, deren Zahnflanken Signale generieren, aus deren zeitlichem Abstand eine Geschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird. 1 shows a cylinder 10 an internal combustion engine with a combustion chamber 20 , a piston 30 that with a connecting rod 40 with a crankshaft 50 connected is. The piston 30 performs in a known manner an up and down movement. The reversal points of the movement are called dead centers. The transition from upward movement to downward movement is referred to as top dead center, and the transition from downward movement to upward movement is referred to as bottom dead center. An angular position of the crankshaft 50 , a so-called crankshaft angle, is defined in a conventional manner relative to top dead center. A crankshaft sensor 220 detects the angular position of the crankshaft 50 , The crankshaft sensor 220 is formed so that on a gear periodically - for example, at an angular distance of 6 ° - teeth are arranged, the tooth flanks generate signals from the time interval, a speed of the crankshaft is determined.

Über ein Ansaugrohr 80 wird in bekannter Weise bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 30 zu verbrennende Luft in den Brennraum 20 gesaugt. Dies wird als Ansaugtakt bzw. Einlasstakt bezeichnet. Über ein Abgasrohr 90 wird die verbrannte Luft bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 30 aus dem Brennraum 20 gedrückt. Dies wird üblicherweise als Auslasstakt bezeichnet. Die Menge der über das Ansaugrohr 80 angesaugten Luft wird über eine Luftdosiereinrichtung, im Ausführungsbeispiel eine Drosselklappe 100, deren Stellung von einem Steuergerät 70 bestimmt wird, eingestellt. Via an intake pipe 80 is in a known manner during a downward movement of the piston 30 to be burned air in the combustion chamber 20 sucked. This is referred to as intake stroke or intake stroke. About an exhaust pipe 90 the burned air is at an upward movement of the piston 30 from the combustion chamber 20 pressed. This is commonly referred to as outlet stroke. The amount of the intake pipe 80 sucked air is via an air dosing, in the embodiment, a throttle valve 100 whose position is from a control unit 70 is determined, set.

Über ein Direkteinspritzventil 110, das im Brennraum 20 angeordnet ist, wird Kraftstoff in die aus dem Ansaugrohr 80 angesaugte Luft gespritzt und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 20 erzeugt. Die Menge des durch das Direkteinspritzventil 110 eingespritzten Kraftstoffs wird vom Steuergerät 70 bestimmt, üblicherweise über die Dauer und/oder die Stärke eines Ansteuersignals. Eine Zündkerze 120 erzeugt einen Zündfunken und zündet so das Kraftstoff-Luftgemisch. Die Zündung erfolgt üblicherweise in einem Verdichtungstakt (auch Kompressionstakt genannt), in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 30 komprimiert wird. Erfolgt die Zündung kurz vor dem oberen Totpunkt, so liegt der Verbrennungsschwerpunkt im Beginn eines sich an den Verdichtungstakt anschließenden Arbeitstakts. Die Winkelstellung der Kurbelwelle beim Einspritzen in den Zylinder wird als Einspritzwinkel, die Winkelstellung der Kurbelwelle bei der Zündung als Zündwinkel bezeichnet.Via a direct injection valve 110 in the combustion chamber 20 is arranged, fuel is in from the intake manifold 80 sucked air sprayed and a fuel-air mixture in the combustion chamber 20 generated. The amount of through the direct injection valve 110 Injected fuel is from the control unit 70 determined, usually about the duration and / or the strength of a drive signal. A spark plug 120 creates a spark and ignites the fuel-air mixture. The ignition is usually carried out in a compression stroke (also called compression stroke) in which the fuel-air mixture by an upward movement of the piston 30 is compressed. If the ignition takes place shortly before top dead center, the center of combustion is at the beginning of a work cycle following the compression stroke. The angular position of the crankshaft when injected into the cylinder is referred to as the injection angle, the angular position of the crankshaft in the ignition as the ignition angle.

Ein Einlassventil 160 an der Zuführung des Ansaugrohrs 80 zum Brennraum 20 wird über Nocken 180 von einer Nockenwelle 190 angetrieben. Ebenso wird ein Auslassventil 170 an der Zuführung des Abgasrohrs 90 zum Brennraum 20 über Nocken 182 von der Nockenwelle 190 angetrieben. Die Nockenwelle 190 ist gekoppelt mit der Kurbelwelle 50. Üblicherweise führt die Nockenwelle 190 pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 50 eine Umdrehung durch. Die Nockenwelle 190 ist so ausgestaltet, dass sich das Auslassventil 170 im Ausstoßtakt öffnet, und in der Nähe des oberen Totpunkts schließt. Das Einlassventil 160 öffnet in der Nähe des oberen Totpunkts und schließt im Einlasstakt.An inlet valve 160 at the inlet of the intake pipe 80 to the combustion chamber 20 is about cams 180 from a camshaft 190 driven. Likewise, an exhaust valve 170 at the feed of the exhaust pipe 90 to the combustion chamber 20 over cams 182 from the camshaft 190 driven. The camshaft 190 is coupled with the crankshaft 50 , Usually, the camshaft leads 190 per two revolutions of the crankshaft 50 a turn through. The camshaft 190 is designed so that the exhaust valve 170 opens in the exhaust stroke, and closes near top dead center. The inlet valve 160 opens near top dead center and closes in the intake stroke.

Ein Zylinder durchläuft also die vier Takte in der Reihenfolge Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt, Ausstoßtakt. Im Auslauf der Brennkraftmaschine wird in dem im Arbeitstakt befindlichen Zylinder, in dem sich eine Frischluftfüllung befindet, nicht mehr gezündet, ggf. auch nicht mehr eingespritzt. Auch beim Übergang dieses Zylinders in den Ausstoßtakt hat er daher weiterhin eine Frischluftfüllung, ggf. falls in ihn noch Kraftstoff eingespritzt wurde, auch ein zündfähiges Kraftstoff-/Luft-Gemisch. Diese Frischluftfüllung (bzw. das Kraftstoff-/Luft-Gemisch) bleibt für einige Minuten im Zylinder, bevor sie herausdiffundiert, und sich der Druck im Zylinder dem Umgebungsluftdruck anpasst.A cylinder thus passes through the four cycles in the order intake stroke, compression stroke, power stroke, exhaust stroke. In the outlet of the internal combustion engine is no longer ignited in the cylinder located in the working cycle, in which there is a fresh air filling, possibly also no longer injected. Even with the transition of this cylinder in the exhaust stroke, he therefore continues to have a fresh air filling, possibly if it still fuel was injected in it, also an ignitable fuel / air mixture. This fresh air charge (or fuel / air mixture) stays in the cylinder for a few minutes before it diffuses out, and the pressure in the cylinder adapts to the ambient air pressure.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise auf dem Steuergerät 70 hinterlegt und von diesem durchgeführt. The inventive method is for example on the control unit 70 deposited and carried out by this.

2 illustriert das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine. Bei stehender Brennkraftmaschine befindet sich ein erster Zylinder im Kompressionstakt und ein zweiter Zylinder im Ausstoßtakt. Der im Kompressionstakt befindliche erste Zylinder hat eine erste Winkelstellung 300 der Kurbelwelle 50. Bei dieser ersten Winkelstellung 300 der Kurbelwelle 50 wird in den ersten Zylinder mittels des Direkteinspritzventils 110 Kraftstoff eingespritzt und mittels der Zündkerze 120 ein Zündfunke erzeugt, das Kraftstoff-/Luft-Gemisch also gezündet. Hierdurch wird ein rückwärts gerichtetes Drehmoment auf die Kurbelwelle 50 übertragen, und die Brennkraftmaschine dreht rückwärts. Der im Ausstoßtakt befindliche zweite Zylinder wird zurückgedreht in den Arbeitstakt. Erreicht der Kurbelwellenwinkel des zweiten Zylinders eine vorgebbare zweite Winkelstellung 310, so wird in den im Arbeitstakt befindlichen zweiten Zylinder Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Hierdurch wird ein vorwärts gerichtetes Drehmoment auf die Kurbelwelle 50 übertragen. Die Verbrennung erstreckt sich über einen ersten Verbrennungswinkelbereich 320. Der Schwerpunkt der Verbrennung liegt bei einem ersten Verbrennungsschwerpunktswinkel 330. Die Brennkraftmaschine startet vorwärts, so das ein weiterer Zylinder über seinen oberen Totpunkt OT gedreht wird, und in der Folge kann in diesen oder weiteren Zylindern eingespritzt und gezündet werden, und der Startvorgang wird somit abgeschlossen. 2 illustrates the known from the prior art method for starting the internal combustion engine. When the internal combustion engine is a first cylinder in the compression stroke and a second cylinder in the exhaust stroke. The first cylinder located in the compression stroke has a first angular position 300 the crankshaft 50 , At this first angular position 300 the crankshaft 50 is in the first cylinder by means of the direct injection valve 110 Fuel injected and by means of the spark plug 120 generates a spark, so ignited the fuel / air mixture. This will cause a backward torque on the crankshaft 50 transferred, and the internal combustion engine turns backwards. The second cylinder located in the exhaust stroke is turned back into the power stroke. Achieved the crankshaft angle of the second cylinder a predetermined second angular position 310 , So fuel is injected and ignited in the second cylinder located in the power stroke. This will cause a forward torque on the crankshaft 50 transfer. The combustion extends over a first range of combustion angles 320 , The focus of combustion is at a first center of gravity 330 , The internal combustion engine starts forward, so that another cylinder is rotated over its top dead center OT, and subsequently can be injected and ignited in these or other cylinders, and the starting process is thus completed.

3 illustriert eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten der Brennkraftmaschine. Analog zum aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird bei der ersten Winkelstellung 300 der Kurbelwelle 50 in den im Kompressionstakt befindlichen ersten Zylinder mittels des Direkteinspritzventils 110 Kraftstoff eingespritzt und mittels der Zündkerze 120 gezündet. Die Brennkraftmaschine dreht rückwärts, und dreht den im Ausstoßtakt befindlichen zweiten Zylinder zurück in den Arbeitstakt. Der zweite Zylinder wird daher im Folgenden auch als Arbeitszylinder bezeichnet. Durch die Kompression der im zweiten Zylinder befindlichen Luftfüllung wird die Rückwärts-Drehbewegung der Brennkraftmaschine verlangsamt, und bei einer dritten Winkelstellung 340 des zweiten Zylinders kehrt sie sich um, das heißt die dritte Winkelstellung 340 markiert einen Umkehrpunkt der Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine dreht nun in Vorwärtsrichtung. Überstreicht die Verbrennung eine vorgebbare vierte Winkelstellung 360, so wird in den zweiten Zylinder Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Die vierte Winkelstellung 360 wird daher im Folgenden auch als Zündwinkel bezeichnet. Die Verbrennung erstreckt sich über einen zweiten Verbrennungswinkelbereich 370. Der Schwerpunkt der Verbrennung liegt bei einem zweiten Verbrennungsschwerpunktwinkel 380, welcher im Gegensatz zum aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren so gewählt ist, dass das Drehmoment, das von der Verbrennung im zweiten Zylinder generiert wird, maximiert wird. 3 illustrates an embodiment of the method according to the invention for starting the internal combustion engine. Analogous to the method known from the prior art is at the first angular position 300 the crankshaft 50 in the first cylinder in the compression stroke by means of the direct injection valve 110 Fuel injected and by means of the spark plug 120 ignited. The internal combustion engine rotates backwards and rotates the second cylinder located in the exhaust stroke back into the power stroke. The second cylinder is therefore also referred to below as a working cylinder. The compression of the air in the second cylinder filling the reverse rotational movement of the engine is slowed down, and at a third angular position 340 of the second cylinder, it reverses, that is, the third angular position 340 marks a reversal point of the rotational movement of the internal combustion engine. The internal combustion engine now rotates in the forward direction. The combustion sweeps over a predefinable fourth angular position 360 , Fuel is injected and ignited in the second cylinder. The fourth angular position 360 is therefore also referred to below as the ignition angle. The combustion extends over a second range of combustion angles 370 , The focus of combustion is at a second focal point of combustion 380 which, in contrast to the method known from the prior art, is chosen such that the torque generated by the combustion in the second cylinder is maximized.

4 illustriert diese Maximierung des Drehmoments. 4a) zeigt die geometrischen Verhältnisse der Übersetzung der auf den Kolben 30 wirkenden Kraft der Verbrennung FGas über die Pleuelstange 40 auf die Kurbelwelle 50. Die auf den Kolben 30 wirkende Kraft FGas → und der Abstand r → des Angriffspunkts von FGas → auf den Mittelpunkt der Rotationsachse der Kurbelwelle 50 sind vektorwertige Größen. Das auf die Kurbelwelle 50 wirkende resultierende Drehmoment M → ergibt sich in bekannter Weise als das Vektorprodukt dieser beiden Größen, also M → = r → × FGas →. Dieses Drehmoment wird in bekannter Weise über den gesamten Winkelbereich der Verbrennung gemittelt. 4 illustrates this maximization of torque. 4a) shows the geometric ratios of the translation of the piston 30 acting force of combustion FGas on the connecting rod 40 on the crankshaft 50 , The on the piston 30 acting force FGas → and the distance r → of the point of application of FGas → to the center of the axis of rotation of the crankshaft 50 are vector-valued sizes. That on the crankshaft 50 acting resulting torque M → results in a known manner as the vector product of these two variables, ie M → = r → × FGas →. This torque is averaged over the entire angular range of combustion in a known manner.

Der Betrag M des insgesamt auf die Kurbelwelle 50 wirkenden Drehmoments ist daher eine Funktion der Winkelstellung alpha des Verbrennungsschwerpunkts. 4b) zeigt den Betrag des aus einer Verbrennung resultierenden Drehmoments M als Funktion der Winkelstellung alpha des Verbrennungsschwerpunkts. Diese Funktion gleicht einem Bogen einer leicht verformten Sinus-Funktion: Bei alpha = 0° bzw. alpha = 180° ist sie gleich Null, dazwischen weist sie ein Maximum auf, dass gegenüber 90° leicht verschoben ist und beispielsweise bei ca. 80° liegt. Beim aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird durch einen Verbrennungsschwerpunktswinkel 330 ein erstes Drehmoment M1 generiert, beim erfindungsgemäßen Verfahren durch entsprechende Wahl des Verbrennungsschwerpunktswinkels 380 ein zweites Drehmoment M2, welches größer ist als das erste Drehmoment M2. The amount M of the total on the crankshaft 50 acting torque is therefore a function of the angular position alpha of the combustion center. 4b) FIG. 14 shows the amount of combustion-resultant torque M as a function of the angular position alpha of the combustion center. This function is similar to an arc of a slightly deformed sine function: At alpha = 0 ° or alpha = 180 °, it is equal to zero, in between it has a maximum that is slightly shifted from 90 ° and, for example, at about 80 ° , The method known from the prior art is characterized by a focal point of combustion 330 generates a first torque M1, in the inventive method by appropriate selection of the focal point of combustion 380 a second torque M2 which is greater than the first torque M2.

Der zweite Verbrennungsschwerpunktwinkel 380 wird also mit geeigneten Maßnahmen auf einen späten Zeitpunkt gelegt, sodass sich ein möglichst großes Drehmoment M ergibt. Idealerweise wird der zweite Verbrennungsschwerpunktwinkel 380 im Bereich zwischen 40° und 120° nach dem oberen Totpunkt gewählt, noch besser im Bereich zwischen 65° und 90°. The second combustion centroid angle 380 is therefore placed with suitable measures on a late date, so that the largest possible torque M results. Ideally, the second focus of combustion becomes 380 in the range between 40 ° and 120 ° after top dead center, even better in the range between 65 ° and 90 °.

Um den zweiten Verbrennungsschwerpunktswinkel so spät wie möglich zu legen, werden erfindungsgemäß zwei Maßnahmen durchgeführt: Zum einen wird der Zündzeitpunkt auf einen möglichst späten Zeitpunkt gelegt, zum anderen wird eine langsame Verbrennung erzeugt, die sich durch einen frühen Einspritzzeitpunkt erzeugen lässt. Ein früher Einspritzzeitpunkt bewirkt, dass sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Arbeitszylinder gut durchmischt, was zu einer langsamen Verbrennung führt.In order to set the second combustion center of gravity as late as possible, two measures are carried out according to the invention: On the one hand, the ignition point is set as late as possible, on the other hand, a slow combustion is generated, which can be generated by an early injection time. An early injection time causes the fuel-air mixture in the working cylinder to mix well, resulting in slow combustion.

5 illustriert den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Start des Verfahrens ist bei laufender Brennkraftmaschine in Schritt 1000. In Schritt 1010 wird überprüft, ob eine Stoppanforderung vorliegt. Schritt 1010 wird so lange wiederholt, bis eine Stoppanforderung vorliegt, und anschließend zu Schritt 1020 verzweigt. 5 illustrates the sequence of an embodiment of the method according to the invention. The start of the process is in progress with the internal combustion engine in step 1000 , In step 1010 will be checked, if there is a stop request. step 1010 is repeated until there is a stop request, and then to step 1020 branched.

In Schritt 1020 werden Maßnahmen zum Stoppen der Brennkraftmaschine eingeleitet, z.B. werden Einspritzung und Zündung ausgesetzt. Die Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine verlangsamt sich nun. In Schritt 1030 wird der Arbeitszylinder identifiziert, in dem wie in 3 gezeigt eine Verbrennung zur Unterstützung der Vorwärtsrotation durchgeführt werden soll. Beispielsweise durch eine Prädiktion des Abbremsverhaltens der Brennkraftmaschine wird prädiziert, welcher Zylinder sich beim Stillstand der Brennkraftmaschine in einem geeigneten Winkelbereich im Ausstoßtakt oder ggf. alternativ im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine befinden wird. Welcher Zylinder geeignet ist, ist davon abhängig, mit welchem Drehmoment die in 3 dargestellte Rückwärtsdrehbewegung durchgeführt wird. Der Arbeitszylinder wird so bestimmt, dass er bei anschließender Rückwärtsdrehbewegung den vorgebbaren Zündwinkel noch überschreitet, den oberen Totpunkt aber nicht überstreicht. Optional wird in Schritt 1030 Kraftstoff in den Arbeitszylinder eingespritzt. Der momentane Zeitpunkt wird als ein Einspritzzeitpunkt gespeichert. Es folgt Schritt 1040.In step 1020 Measures to stop the internal combustion engine are initiated, for example, injection and ignition are suspended. The rotational movement of the internal combustion engine slows down now. In step 1030 the working cylinder is identified in which as in 3 shown a combustion to support the forward rotation is to be performed. For example, by prediction of the deceleration behavior of the internal combustion engine, it is predicted which cylinder will be located at a standstill of the internal combustion engine in a suitable angular range in the exhaust stroke or possibly alternatively in the power stroke of the internal combustion engine. Which cylinder is suitable, depends on which torque in 3 shown reverse rotation is performed. The working cylinder is determined so that it still exceeds the predetermined firing angle in subsequent reverse rotational movement, but does not sweep the top dead center. Optionally, in step 1030 Fuel injected into the cylinder. The current time is stored as an injection time. It follows step 1040 ,

In Schritt 1040 wird überprüft, ob eine Anforderung zum Wiederstart der Brennkraftmaschine vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird Schritt 1040 wiederholt, ggf. auch noch über das Stoppen der Brennkraftmaschine hinaus. Es ist auch möglich, dass die Schätzung, welcher Zylinder als Arbeitszylinder gewählt wird, in einigen oder jedem Durchführungszyklus von Schritt 1040 wiederholt wird. Wird eine Anforderung zum Wiederstart der Brennkraftmaschine erkannt, folgt Schritt 1050.In step 1040 it is checked whether a request for restarting the internal combustion engine is present. If this is not the case, then step 1040 repeatedly, if necessary even beyond stopping the internal combustion engine. It is also possible that the estimate of which cylinder is chosen as the working cylinder may be in some or each cycle of execution of step 1040 is repeated. If a request to restart the internal combustion engine is detected, step follows 1050 ,

In Schritt 1050 wird optional der Stillstand der Brennkraftmaschine abgewartet. Es ist auch möglich, dass der Stillstand der Brennkraftmaschine nicht abgewartet wird. In diesem Fall wird der Arbeitszylinder z.B. anhand eines prädiktiven Rechenmodells oder eines Kennfelds so bestimmt, dass er bei Initiierung der Rückwärtsdrehbewegung bei noch vorwärts drehender Brennkraftmaschine die vorgebbare dritte Winkelstellung noch überschreitet, den oberen Totpunkt aber nicht überstreicht.In step 1050 Optionally, the standstill of the internal combustion engine is awaited. It is also possible that the standstill of the internal combustion engine is not waited. In this case, the working cylinder is determined, for example based on a predictive computer model or a map so that it exceeds the predetermined third angular position upon initiation of the reverse rotational movement with still rotating internal combustion engine, but does not sweep the top dead center.

Es folgt optional Schritt 1060, in dem überprüft wird, ob seit dem Einspritzzeitpunkt in Schritt 1030 höchstens eine vorgebbare Diffusionsdauer vergangen ist, und ob der ggf. neu bestimmte Arbeitszylinder noch immer dem Zylinder entspricht, in den in Schritt 1030 Kraftstoff eingespritzt wurde. Die vorgebbare Diffusionsdauer wird dabei als die Zeit gewählt, bis zu deren Ablauf noch ein zündfähiges Gemisch im Arbeitszylinder vorhanden ist. Sind diese Bedingungen erfüllt, folgt Schritt 1080, ansonsten folgt Schritt 1070, in dem in den Arbeitszylinder Kraftstoff eingespritzt wird. Es ist auch möglich, dass Schritt 1060 keine Bedingungen überprüft, und in jedem Fall zu Schritt 1070 verzweigt, insbesondere dann, wenn in Schritt 1030 kein Kraftstoff in den Arbeitszylinder eingespritzt wurde.It optionally follows step 1060 in which it is checked whether since the injection time in step 1030 at most a predefinable diffusion period has elapsed, and whether the possibly newly determined working cylinder still corresponds to the cylinder, in the in step 1030 Fuel was injected. The predefinable diffusion duration is chosen as the time until the expiry of an ignitable mixture is still present in the working cylinder. If these conditions are fulfilled, step follows 1080 otherwise step follows 1070 in which fuel is injected into the working cylinder. It is also possible that step 1060 no conditions checked, and in any case to step 1070 branches, especially if in step 1030 no fuel was injected into the working cylinder.

In Schritt 1080 wird in den ersten Zylinder, der sich im Kompressionstakt befindet, Kraftstoff eingespritzt, und gezündet, wobei die Einspritzung ggf. auch schon zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt, beispielsweise in Schritt 1040 vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine. In letzterem Fall ist es evtl. notwendig, den ersten Zylinder über eine Prädiktion des Auslaufverhaltens der Brennkraftmaschine zu prädizieren, als den Zylinder, der sich beim Stillstand der Brennkraftmaschine im Kompressionstakt befinden wird.In step 1080 Fuel is injected into the first cylinder, which is in the compression stroke, and ignited, with the injection possibly taking place at an earlier time, for example in step 1040 before the stoppage of the internal combustion engine. In the latter case, it may be necessary to predict the first cylinder via a prediction of the run-out behavior of the internal combustion engine, as the cylinder which will be in the compression stroke when the internal combustion engine is at a standstill.

Durch die nun ablaufende Verbrennung im ersten Zylinder wird die Brennkraftmaschine wie in 3 illustriert rückwärts gedreht. Der Arbeitszylinder dreht nun in den Arbeitstakt, insbesondere über den vorgebbaren Zündwinkel 360 hinaus. Due to the now running combustion in the first cylinder, the internal combustion engine as in 3 illustrated turned backwards. The working cylinder now rotates in the power stroke, in particular on the predetermined firing angle 360 out.

Es folgt Schritt 1090, in dem überprüft wird, ob die Brennkraftmaschine wieder in eine Vorwärtsrichtung dreht. Ist dies nicht der Fall, wird Schritt 1090 so lange wiederholt, bis die Rückwärtsdrehung der Brennkraftmaschine sich bedingt durch die Federkräfte der Gasfedern insbesondere im Arbeitszylinder sich wieder in eine Vorwärtsbewegung gewandelt hat. Sobald dies geschehen ist, folgt Schritt 1100.It follows step 1090 in which it is checked whether the internal combustion engine is again rotating in a forward direction. If this is not the case, then step 1090 repeated until the reverse rotation of the internal combustion engine has changed due to the spring forces of the gas springs, especially in the working cylinder again in a forward movement. Once this is done, follow step 1100 ,

In Schritt 1100 wird abgewartet (Schritt 1100 wird also so lange wiederholt), bis die Winkelstellung der Brennkraftmaschine des Zündwinkels 360 überstrichen hat. Sobald dies der Fall, folgt Schritt 1120, in dem im Arbeitszylinder gezündet wird. Mit dem anschließenden Schritt 1130 endet das erfindungsgemäße Verfahren.In step 1100 is waited (step 1100 is thus repeated) until the angular position of the engine of the ignition angle 360 has crossed over. Once this happens, follow step 1120 in which is ignited in the working cylinder. With the subsequent step 1130 ends the inventive method.

Mit der in Schritt 1120 durchgeführten Verbrennung wird nun die Vorwärtsbewegung der Brennkraftmaschine so stark beschleunigt, dass ein als nächstes in den Arbeitstakt tretender Zylinder (üblicherweise ein Zylinder, der sich zum Zeitpunkt der Zündung im Arbeitszylinder im Kompressionstakt befindet) bis in den Arbeitstakt drehen kann, und dort gezündet werden kann, sodass die Brennkraftmaschine zuverlässig gestartet werden kann.With the in step 1120 combustion carried out, the forward movement of the internal combustion engine is now accelerated so much that a next in the power stroke cylinder (usually a cylinder, which is in compression cylinder at the time of ignition in the cylinder) can turn into the power stroke, and can be ignited there so that the internal combustion engine can be reliably started.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19955857 [0001] DE 19955857 [0001]

Claims (11)

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Kurbelwelle (50), bei der die Kurbelwelle (50) nach einem Erfassen einer Startanforderung zunächst in eine einer normalen Drehbewegung entgegengesetzte Drehbewegung versetzt wird, wobei eine Luftfüllung in einem Arbeitstakt eines Arbeitszylinders komprimiert wird, und die Kurbelwelle anschließend in eine Vorwärtsbewegung übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspritzzeitpunkt eines Einspritzens von Kraftstoff in den Arbeitszylinder und/oder ein Zündzeitpunkt einer Zündung im Arbeitszylinder so gewählt werden, dass ein durch die Zündung eines so entstandenen Kraftstoff-/Luft-Gemisches vom Arbeitszylinder auf die Kurbelwelle (50) übertragenes Drehmoment maximiert wird.Method for starting an internal combustion engine ( 10 ) with a crankshaft ( 50 ), at which the crankshaft ( 50 ) is first placed after detecting a start request in a normal rotational movement opposite rotational movement, wherein an air charge is compressed in a power stroke of a working cylinder, and then the crankshaft is in a forward movement, characterized in that an injection timing of injection of fuel in the working cylinder and / or an ignition point of an ignition in the working cylinder be selected so that a by the ignition of a resulting fuel / air mixture from the working cylinder to the crankshaft ( 50 ) transmitted torque is maximized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte des Einspritzens von Kraftstoff in den Arbeitszylinder und/oder der Zündung im Zylinder so gewählt werden, dass ein Verbrennungsschwerpunkt im Arbeitszylinder möglichst spät liegt.A method according to claim 1, characterized in that the times of injection of fuel into the working cylinder and / or the ignition in the cylinder are selected so that a focal point of combustion in the working cylinder is as late as possible. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsschwerpunkt bei dem Winkel der Kurbelwelle zwischen 40° und 120° liegt.A method according to claim 2, characterized in that the combustion center of gravity is at the angle of the crankshaft between 40 ° and 120 °. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsschwerpunkt bei dem Winkel der Kurbelwelle zwischen 65° und 90° liegt.A method according to claim 3, characterized in that the focal point of combustion is at the angle of the crankshaft between 65 ° and 90 °. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung in den Arbeitszylinder unmittelbar nach dem Erfassen der Startanforderung erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the injection takes place in the working cylinder immediately after the detection of the start request. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung in den Arbeitszylinder vor einem vorhergehenden Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the injection takes place in the working cylinder before a previous stop of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung in dem Arbeitszylinder erst erfolgt, nachdem der Arbeitszylinder in eine Vorwärtsbewegung übergegangen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition takes place in the working cylinder only after the working cylinder has moved into a forward movement. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung in dem Arbeitszylinder bei einem Zündwinkel größer 30° erfolgt.A method according to claim 7, characterized in that the ignition takes place in the working cylinder at an ignition angle greater than 30 °. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 programmiert ist.Computer program, characterized in that it is programmed for use in a method according to one of claims 1 to 8. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 abgespeichert ist.Electrical storage medium for a control and / or regulating device of an internal combustion engine, characterized in that a computer program for use in a method of claims 1 to 8 is stored on it. Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 programmiert ist.Control and / or regulating device of an internal combustion engine, characterized in that it is programmed for use in a method according to one of claims 1 to 8.
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