DE102015216126A1

DE102015216126A1 - Method for operating an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102015216126A1
Application number: DE102015216126.9A
Authority: DE
Inventors: Udo Schulz; Florian Schmitt; Johannes-Joerg Rueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine umfasst die Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder (10) mit wenigstens einem Kolben (11), wobei der Zylinder wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist. Der Brennkraftmaschine ist wenigstens ein elektrisch antreibbarer Verdichter (21), insbesondere ein elektrischer Zusatzverdichter, zugeordnet. Zur Durchführung eines pneumatischen Starts der Brennkraftmaschine wird der Verdichter (21) elektrisch angetrieben.In a method for operating an internal combustion engine, the internal combustion engine comprises at least one cylinder (10) with at least one piston (11), the cylinder having at least one inlet valve and at least one outlet valve. The internal combustion engine is at least one electrically drivable compressor (21), in particular an additional electric compressor assigned. To carry out a pneumatic start of the internal combustion engine, the compressor (21) is electrically driven.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und ein System mit einer Brennkraftmaschine, das für die Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine and to a system with an internal combustion engine, which is set up for carrying out the method. Furthermore, the invention relates to a computer program, a machine-readable storage medium and an electronic control unit.

Stand der TechnikState of the art

Vor dem Hintergrund einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sind verschiedene Motoren- und Antriebsstrangkonzepte entwickelt worden, um ein Kraftfahrzeug sparsam betreiben zu können. Eine wichtige Maßnahme in diesem Zusammenhang ist eine Reduktion der Größe des Verbrennungsmotors in Kombination mit einer Aufladung des Motors (Downsizing). Häufig wird für die Aufladung des Motors ein sogenannter Turbolader eingesetzt, bei dem eine vom Abgasstrom angetriebene Turbine einen Verdichter antreibt. Es sind auch mechanische Lader, sogenannte Kompressoren, bekannt, die direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben werden.Against the background of a reduction in fuel consumption, various engine and powertrain concepts have been developed to operate a motor vehicle economically. An important measure in this context is a reduction of the size of the internal combustion engine in combination with a charging of the engine (downsizing). Frequently, a so-called turbocharger is used for the supercharging of the engine, in which a turbine driven by the exhaust gas flow drives a compressor. There are also known mechanical superchargers, so-called compressors, which are driven directly by the internal combustion engine.

Mit steigendem Downsizing des Motors gehen jedoch zunehmend negative Auswirkungen auf das Fahrverhalten einher. Ein verschlechtertes Fahrverhalten macht sich vor allem beim Anfahren und beim Beschleunigen aus niedrigen Motordrehzahlen heraus bemerkbar. However, with increasing downsizing of the engine, there is an increasing negative impact on driving behavior. A deteriorated driving behavior is especially noticeable when starting off and accelerating from low engine speeds.

Um den negativen Einfluss des Downsizing auf das Fahrverhalten zu reduzieren, ist es bereits bekannt, mithilfe eines elektrischen Zusatzverdichters (EZV) das Aufladesystem zu unterstützen. Hierfür kann der elektrische Zusatzverdichter im System so angeordnet werden, dass sich der Zusatzverdichter in der Ansaugstrecke der Brennkraftmaschine befindet, wobei der Zusatzverdichter insbesondere in Reihe mit dem Hauptaufladeaggregat, also beispielsweise einem Turbolader oder einem Kompressor, geschaltet ist. In order to reduce the negative influence of downsizing on driving behavior, it is already known to support the charging system with the help of an electric auxiliary compressor (CV). For this purpose, the additional electric compressor in the system can be arranged so that the additional compressor is located in the intake of the internal combustion engine, the additional compressor is connected in particular in series with the main charging unit, so for example a turbocharger or a compressor.

Als Maßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches ist der Start/Stopp-Betrieb bekannt. Der Start/Stopp-Betrieb macht einen häufigen Wiederstart des Motors erforderlich. Üblicherweise erfolgt der Wiederstart durch einen konventionellen Starter, der für diese Anwendung entsprechend optimiert und angepasst sein muss. Bei Hybridsystemen ist es auch möglich, den Start des Verbrennungsmotors mithilfe der Elektromaschine durchzuführen, wenn die Topologie des Systems entsprechend eingerichtet ist.As a measure to reduce the fuel consumption of the start / stop operation is known. The start / stop operation requires a frequent restart of the engine. Usually, the restart takes place by a conventional starter, which must be optimized and adapted accordingly for this application. In hybrid systems, it is also possible to start the engine using the electric machine if the topology of the system is set up accordingly.

Als Alternative zum konventionellen Start der Brennkraftmaschine ist der Direktstart bekannt, bei dem der Verbrennungsmotor ohne äußeres Startmoment zu laufen beginnt. Der Motorstart erfolgt hierbei durch gezielte Einspritzung in den Zylinder, der im komprimierten Arbeitstakt steht, idealerweise kurz nach dem oberen Totpunkt nach der Verdichtung. Die gezielte Einspritzung erfolgt bei stehendem Motor. Der Direktstart erfolgt gegebenenfalls mit Zündung und ohne Verwendung eines Hilfsantriebs, beispielsweise ohne einen elektrischen Anlasser. Problematisch ist bei einem Direktstart jedoch, dass das bei der ersten Verbrennung freigesetzte Moment ausreichend sein muss, um alle Zylinder des Motors durchstarten zu können. Ein erneuter Versuch eines Direktstartes ist in der Regel nicht möglich, da sich in den betroffenen Zylindern nach dem ersten Versuch Abgas befindet.As an alternative to the conventional start of the internal combustion engine, the direct start is known, in which the internal combustion engine begins to run without external starting torque. The engine is started by targeted injection into the cylinder, which is in the compressed power stroke, ideally shortly after top dead center after compression. The targeted injection takes place when the engine is stopped. The direct start is optionally carried out with ignition and without the use of an auxiliary drive, for example without an electric starter. The problem with a direct start, however, is that the moment released during the first combustion must be sufficient to be able to restart all cylinders of the engine. A renewed attempt of a direct start is usually not possible because there is exhaust gas in the affected cylinders after the first attempt.

Es sind bereits verschiedene Ansätze bekannt, um den Direktstart zu verbessern. Die Offenlegungsschrift DE 102 55 149 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem zur Verbesserung eines Direktstartes die Brennkraftmaschine am Ende eines vorangehenden Betriebes kontrolliert abgestellt wird, sodass sich ein Kolben eines Zylinders in einer vorher bestimmten, im Idealfall für den Direktstart optimalen Position befindet. There are already various approaches known to improve the direct start. The publication DE 102 55 149 A1 describes, for example, a method for operating an internal combustion engine, in which the internal combustion engine is turned off in a controlled manner at the end of a preceding operation, so that a piston of a cylinder is in a predetermined, ideally for the direct start optimal position.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 201 549 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, in deren Ladeluftstrecke ein mechanisch angetriebener Verdichter sowie ein weiterer Verdichter einer Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader, vorgesehen ist. Der Gasmassenstrom in der Ladeluftstrecke wird hierbei über die Stellung einer Luftregel-/Abstellklappe kontrolliert, sodass ein ungewolltes Nachlaufen der Brennkraftmaschine verhindert werden kann.The publication DE 10 2014 201 549 A1 describes an internal combustion engine, in the charge air passage of a mechanically driven compressor and another compressor of a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, is provided. The gas mass flow in the charge air gap is controlled by the position of an air control / parking flap, so that unintentional hunting of the engine can be prevented.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 003 607 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters, der in Kombination mit einem Abgasturbolader für den Betrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Der elektrische Verdichter wird nur dann aktiviert, wenn eine momentan verfügbare Motorleistung nicht ausreichend ist.The publication DE 10 2004 003 607 A1 relates to an apparatus and a method for controlling an electrically driven compressor, which is used in combination with an exhaust gas turbocharger for the operation of an internal combustion engine. The electric compressor will only be activated if currently available engine power is insufficient.

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 06 632 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors hervor, bei dem ein Verdichter bei einem Auslauf des Verbrennungsmotors zur Füllung mindestens eines Zylinders aktiviert wird, der in einer für einen nachfolgenden Direktstart geeignete Position zum Stillstand kommt. From the publication DE 103 06 632 A1 shows a method for operating an internal combustion engine, in which a compressor is activated at an outlet of the internal combustion engine for filling at least one cylinder, which comes to a suitable position for a subsequent direct start position to a standstill.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geht von einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder mit wenigstens einem Kolben aus, wobei der Zylinder wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist. Das System weist wenigstens einen elektrisch antreibbaren Verdichter, insbesondere einen elektrischen Zusatzverdichter auf. Weiterhin kann ein üblicher Verdichter, beispielsweise einem Abgasturbolader, vorgesehen sein, oder das System ist mit einem Abgasturbolader ausgestattet, der elektrisch unterstützt werden kann. Erfindungsgemäß wird zur Durchführung eines pneumatischen Starts der Brennkraftmaschine der Verdichter elektrisch angetrieben. Hierbei wird insbesondere bei geöffnetem Einlassventil oder bei geöffnetem Auslassventil durch elektrischen Antrieb des Verdichters die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders beeinflusst. Indem der Start pneumatisch durchgeführt wird, kann auf einen separaten elektrischen Anlasser (Elektromotor) verzichtet werden. The inventive method for operating an internal combustion engine is based on an internal combustion engine having at least one cylinder with at least one piston, wherein the cylinder has at least one inlet valve and at least one outlet valve. The system has at least one electrically drivable compressor, in particular an additional electric compressor. Furthermore, a conventional compressor, such as an exhaust gas turbocharger, may be provided, or the system is equipped with an exhaust gas turbocharger, which can be electrically assisted. According to the invention, the compressor is electrically driven to carry out a pneumatic start of the internal combustion engine. In this case, the position of the piston inside the cylinder is influenced in particular when the inlet valve is open or when the outlet valve is open by electric drive of the compressor. By performing the start pneumatically, can be dispensed with a separate electric starter (electric motor).

Kern der Erfindung ist die Nutzung des elektrisch antreibbaren bzw. elektrisch angetriebenen Verdichters, der Prinzip-bedingt vom Abgasstrom entkoppelt betrieben wird. Dabei kann sowohl bei stehendem als auch bei drehendem Verbrennungsmotor (Brennkraftmaschine) mittels des elektrisch angetriebenen Verdichters ein Überdruck oder ein Unterdruck in einer Ladeluftstrecke der Brennkraftmaschine erzeugt werden. Durch diesen Überdruck oder Unterdruck (Pumpen oder Saugen) kann der Kolben in einem Zylinder mit offenem Einlassventil (offenen Einlassventilen) oder gegebenenfalls mit offenem Auslassventil (offenen Auslassventilen) pneumatisch bewegt werden. Weiterhin kann der Kolben durch diese Maßnahme in eine für einen Start günstige Position bewegt oder in einer günstigen Position gehalten werden. Wenn die Beeinflussung der Position des Kolbens innerhalb des Zylinders über das oder die offene(n) Einlassventil(e) erfolgt, erfolgt die Ansteuerung des elektrisch antreibbaren Verdichters zweckmäßigerweise im Ansaugtakt. Prinzipiell kann die Beeinflussung der Position des Kolbens durch den elektrisch angetriebenen Verdichter auch über das oder die geöffnete(n) Auslassventil(e) erfolgen. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere bei einem System mit einem Cross-Charger (elektrisch unterstützter Abgasturbolader) durchgeführt werden, wobei bei einem Cross-Charger die Abgasturbine, die über einen Elektromotor angetrieben wird, in den Motorauslass wirkt, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird. Durch die Ausnutzung eines gegebenenfalls vorhandenen variablen Ventiltriebs ist der Einsatz der Zusatzverdichtung nicht auf einen bestimmten Takt der Brennkraftmaschine beschränkt. Core of the invention is the use of the electrically driven or electrically driven compressor, the principle is operated decoupled from the exhaust gas flow. In this case, an overpressure or a negative pressure in a charge air path of the internal combustion engine can be generated both when the internal combustion engine is stationary and when rotating (internal combustion engine) by means of the electrically driven compressor. This overpressure or vacuum (pumping or suction) allows the piston to be moved pneumatically in a cylinder with an open inlet valve (open inlet valves) or optionally with an open outlet valve (open outlet valves). Furthermore, the piston can be moved by this measure in a favorable position for a start or kept in a favorable position. If the influencing of the position of the piston within the cylinder via the or the open (n) inlet valve (s) takes place, the control of the electrically driven compressor is expediently in the intake stroke. In principle, the influencing of the position of the piston by the electrically driven compressor can also take place via the opened outlet valve (s). This embodiment of the method according to the invention can be carried out in particular in a system with a cross-charger (electrically assisted exhaust gas turbocharger), wherein in a cross-charger the exhaust gas turbine, which is driven by an electric motor, acts in the engine outlet, as explained in more detail below will be. By utilizing an optionally existing variable valve train, the use of additional compression is not limited to a specific cycle of the internal combustion engine.

Der elektrisch angetriebene Verdichter (Zusatzverdichter) pumpt gewissermaßen Luft durch den Verbrennungsmotor, ähnlich dem Prinzip eines pneumatischen Motors. Erfindungsgemäß wird die Pumpleistung des elektrisch angetriebenen Verdichters, die in diesem Falle zweckmäßigerweise ausreichend groß ist, für einen pneumatischen Start, insbesondere für einen komplett pneumatischen Start, genutzt. Hierbei kann ein variabler Ventiltrieb, sofern vorhanden, mit besonderem Vorteil eingesetzt (betätigt) werden, wobei die Kompression im Verdichtungstakt verringert bzw. verhindert werden kann, bis die Brennkraftmaschine auf Startdrehzahl ist. Durch die zusätzliche Nutzung des variablen Ventiltriebs für den pneumatischen Start können die Anforderungen an die Pumpleistung bei der Zusatzverdichtung verringert werden. The electrically driven compressor (auxiliary compressor) pumps air through the internal combustion engine, similar to the principle of a pneumatic motor. According to the invention, the pumping power of the electrically driven compressor, which in this case is expediently sufficiently large, is used for a pneumatic start, in particular for a completely pneumatic start. In this case, a variable valve train, if present, are used with particular advantage (actuated), wherein the compression in the compression stroke can be reduced or prevented until the internal combustion engine is at the starting rotational speed. The additional use of the variable valve train for the pneumatic start can reduce the pumping performance requirements for additional compression.

Bei Annahme eines vollvariablen Ventiltriebs sind insbesondere die folgenden Ein- und Auslassventilphasenverstellungen für den erfindungsgemäßen pneumatischen Start mit elektrisch angetriebenem Verdichter vorteilhaft: Assuming a fully variable valve train, in particular the following intake and exhaust valve phase adjustments are advantageous for the pneumatic start according to the invention with electrically driven compressor:

Ansaugtakt: Das Einlassventil ist offen und das Auslassventil ist geschlossen, sobald der Zylinder den OT (oberen Totpunkt) überschreitet. Dadurch wirkt der Ladedruck bzw. Zylinderdruck auf den Kolben und bewegt diesen nach unten.Suction stroke: The intake valve is open and the exhaust valve is closed as soon as the cylinder exceeds the TDC. As a result, the boost pressure or cylinder pressure acts on the piston and moves it downwards.

Verdichtungstakt: Das Einlassventil ist geschlossen und das Auslassventil ist offen, sobald der untere Totpunkt überschritten wird. Dadurch wird eine Kompressionsarbeit und Arbeit gegen den Lader vermieden.Compression stroke: The intake valve is closed and the exhaust valve is open as soon as the bottom dead center is exceeded. This avoids compression work and work against the loader.

Verbrennungstakt: Das Einlassventil ist offen und das Auslassventil ist geschlossen, sobald der Zylinder den OT überschreitet. Dadurch wirkt der Ladedruck bzw. Zylinderdruck auf den Kolben und bewegt diesen nach unten.Combustion cycle: The intake valve is open and the exhaust valve is closed as soon as the cylinder exceeds the TDC. As a result, the boost pressure or cylinder pressure acts on the piston and moves it downwards.

Ausstoßtakt: Das Einlassventil ist geschlossen und das Auslassventil ist offen, sobald der untere Totpunkt überschritten wird. Dadurch wird eine Kompressionsarbeit und Arbeit gegen den Lader vermieden.Exhaust stroke: The intake valve is closed and the exhaust valve is open as soon as the bottom dead center is exceeded. This avoids compression work and work against the loader.

Durch diese Ausnutzung des variablen Ventiltriebs kann in den vier Takten zweimal Arbeit pro Zylinder mittels des pneumatischen Drucks verrichtet werden. Bei einem Motor mit vier Zylindern würden sich hieraus acht pneumatische Arbeitstakte bei zwei Kurbelwellenumdrehungen ergeben, wohingegen in einem verbrennungsmotorischen Betrieb sich nur vier Arbeitstakte ergeben würden. Wenn das Brennkraftmaschinensystem mit einem elektrisch betriebenen Cross-Charger ausgestattet ist, kann zusätzlich auf der Abgasseite bei geöffneten Auslassventilen noch gesaugt werden, womit dann jeder Takt ein pneumatischer Arbeitstakt wäre.Through this utilization of the variable valve train can be done twice per work per cylinder in the four cycles by means of the pneumatic pressure. In a four-cylinder engine, this would result in eight pneumatic work cycles at two crankshaft revolutions, whereas in an internal combustion engine operation, only four work cycles would result. When the internal combustion engine system with an electric operated Cross-Charger is equipped, can be additionally sucked on the exhaust side with open exhaust valves still, so then every clock would be a pneumatic power stroke.

Kann neben der beschrieben Phasenverstellung auch der Hub der Ventile verändert werden, so können bei vollem Ein- und Auslassventilhub auch die pneumatischen Drosselverluste weiter reduziert werden.If, in addition to the described phase adjustment, the stroke of the valves can also be changed, the pneumatic throttle losses can be further reduced with a full intake and exhaust valve lift.

Ist das System nicht mit einem variablen Ventiltrieb ausgestattet, sondern beispielsweise nur mit einem Cross-Charger, so kann der Lader Verdichtungsarbeit bzw. pneumatische Arbeit im Ansaugtakt leisten. Die Abgasturbine kann im Ausstoßtakt Saugarbeit bzw. pneumatische Arbeit leisten. If the system is not equipped with a variable valve train, but, for example, only with a cross-charger, the supercharger can perform compaction work or pneumatic work in the intake stroke. The exhaust gas turbine can perform suction or pneumatic work in the exhaust stroke.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Aufbau eines Überdrucks oder Unterdrucks durch den elektrisch angetriebenen Verdichter unterstützt werden, indem eine Bypass-Klappe, mit der die Luftführung des elektrisch antreibbaren Verdichters schaltbar ist, in geeigneter Weise angesteuert wird. Hierdurch wird durch ein Öffnen oder Schließen der Bypass-Klappe die pumpende oder saugende Wirkung des Verdichters verstärkt. Die an sich bekannte Bypass-Klappe ist bei herkömmlichen Systemen, die mit einem elektrischen Zusatzverdichter arbeiten, in der Regel in der Ladeluftstrecke parallel in einem Bypass-Pfad positioniert. Die Luftführung über den elektrisch angetriebenen Verdichter kann somit mithilfe der Bypass-Klappe geschaltet werden. Wenn der elektrisch angetriebene Verdichter nicht aktiv ist, ist die Bypass-Klappe in der Regel geöffnet, um einer Drosselwirkung durch den nicht angetriebenen Verdichters entgegenzuwirken. Wenn die Zusatzverdichtung aktiviert wird, wird üblicherweise die Bypass-Klappe geschlossen. Diese Bypass-Klappe wird erfindungsgemäß genutzt, um die Wirkung des elektrisch angetriebenen Verdichters zu verstärken. Hierbei können die Trägheiten des elektrisch angetriebenen Verdichters verringert werden, indem die Bypass-Klappe gezielt angesteuert wird. Beispielsweise kann vor einem geplanten Pumpen zunächst der elektrisch angetriebene Verdichter auf Drehzahl gebracht werden, wobei die Bypass-Klappe offen ist. Durch ein dann erfolgendes schnelles Schließen der Bypass-Klappe kann ein sehr schneller Druckaufbau erreicht werden. In umgekehrter Weise kann das Pumpen durch ein schnelles Öffnen der Bypass-Klappe sehr definiert beendet werden, wobei der elektrisch angetriebene Verdichter noch nachläuft oder gegebenenfalls elektrisch abgebremst wird. Durch die gezielte erfindungsgemäße Ansteuerung der Bypass-Klappe kann also ein definierter Start- und/oder Stopp-Punkt eines Druckaufbaus bzw. eines Pumpens oder Saugens durch den elektrisch angetriebenen Verdichter realisiert werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the construction of an overpressure or negative pressure can be supported by the electrically driven compressor by a bypass flap, with which the air duct of the electrically driven compressor is switchable, is controlled in a suitable manner. As a result, by opening or closing the bypass flap, the pumping or sucking effect of the compressor is enhanced. The known per se bypass valve is usually positioned in the charge air path parallel in a bypass path in conventional systems that work with an electric auxiliary compressor. The air flow through the electrically driven compressor can thus be switched by means of the bypass flap. When the electrically driven compressor is not active, the bypass damper is typically open to counteract throttling by the undriven compressor. When auxiliary compression is activated, the bypass damper is usually closed. This bypass flap is used according to the invention to enhance the effect of the electrically driven compressor. In this case, the inertia of the electrically driven compressor can be reduced by the bypass flap is selectively controlled. For example, before a planned pumping, the electrically driven compressor can first be brought to rotational speed, the bypass valve being open. By then fast closing the bypass valve, a very rapid pressure build-up can be achieved. Conversely, the pump can be terminated very defined by a rapid opening of the bypass valve, the electrically driven compressor still running after or optionally electrically decelerated. The targeted activation of the bypass flap according to the invention thus enables a defined start and / or stop point of a pressure build-up or pumping or suction to be realized by the electrically driven compressor.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass durch einen elektrischen Antrieb des Verdichters der pneumatische Start der Brennkraftmaschine verbessert werden kann, indem die Kolbenposition durch die elektrisch angetriebene Verdichtung in eine für den Start geeignete Position bewegt oder in einer für den Start geeigneten Position gehalten wird. Mittels der elektrisch angetriebenen Verdichtung kann also in Vorbereitung des pneumatischen Starts vorab ein Kolben eines Zylinders der Brennkraftmaschine in eine geeignete Position gebracht werden. Weiterhin kann in Vorbereitung des pneumatischen Starts gegebenenfalls die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zurückgedreht werden, um eine optimale Position für den Start zu erreichen. Der elektrische Antrieb des Verdichters zur Beeinflussung der Position des Kolbens kann dabei in besonders bevorzugter Weise während eines Auslaufens der Brennkraftmaschine erfolgen. Während des Auslaufens der Brennkraftmaschine, also wenn die Brennkraftmaschine ausgestellt wurde und auch die Einspritzung und die Zündung ausgestellt sind, dreht sich üblicherweise die Brennkraftmaschine noch bis zum Stillstand. Über den jeweiligen Zylinder mit offenen Einlassventilen, also insbesondere dem Zylinder im Ansaugtakt bzw. bei vollvariablem Ventiltrieb bei im Prinzip jedem Zylinder, kann erfindungsgemäß durch ein bedarfsgerechtetes Pumpen oder Saugen mittels des elektrisch angetriebenen Verdichters eine daraus resultierende bestimmte Kraft auf den Kolben des jeweiligen Zylinders ausgeübt werden. Der Kolben kann damit in einer gewünschten Position (Zylinderposition) zum Stehen gebracht werden. Dies schafft eine optimale Voraussetzung für die Durchführung des pneumatischen Starts. Der Zylinder steht dann im Ansaugtakt (bei nicht variablem Ventiltrieb) oder im verdichteten Arbeitstakt (bei variablem Ventiltrieb). Der Kolben befindet sich dabei am beginnenden Ansaug- oder Arbeitstakt nach dem oberen Totpunkt (OT). Another aspect of the invention is that, by electrically driving the compressor, the pneumatic starting of the internal combustion engine can be improved by moving the piston position to a position suitable for take-off or by holding it in a position suitable for take-off by the electrically driven compression. By means of the electrically driven compression, a piston of a cylinder of the internal combustion engine can thus be brought into a suitable position in advance in preparation for the pneumatic start. Furthermore, in preparation for the pneumatic start, if necessary, the crankshaft of the internal combustion engine can be turned back in order to achieve an optimum position for the start. The electric drive of the compressor for influencing the position of the piston can take place in a particularly preferred manner during a run-out of the internal combustion engine. During the running out of the internal combustion engine, that is, when the internal combustion engine has been issued and the injection and the ignition are issued, usually the internal combustion engine still rotates to a stop. About the respective cylinder with open intake valves, so in particular the cylinder in the intake stroke or fully variable valve train with in principle each cylinder, according to the invention by an appropriate pumping or suction by means of the electrically driven compressor exerted a certain force resulting therefrom on the piston of the respective cylinder become. The piston can thus be brought to a desired position (cylinder position) to a halt. This creates an optimal condition for the execution of the pneumatic start. The cylinder is then in the intake stroke (with non-variable valve train) or in the compressed power stroke (with variable valve train). The piston is at the beginning of intake or power stroke after top dead center (TDC).

Mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung des elektrischen Verdichters kann beispielsweise auch verhindert werden, dass sich die Brennkraftmaschine während des Motorauslaufs zurückdreht. Ein Zurückdrehen tritt insbesondere dann auf, wenn das Kompressionsmoment durch das Massenträgheitsmoment der auslaufenden Brennkraftmaschine kurz vor dem OT nicht ausreicht, um über diesen zu drehen, sodass die komprimierte Luft den Kolben zurückbewegt. Dieses Zurückdrehen kann erfindungsgemäß durch eine Ansteuerung des elektrisch angetriebenen Verdichters verhindert werden, indem durch einen erzeugten Überdruck das Drehmoment des Zylinders im Kompressionstakt durch einen Zylinder im Ansaugtakt kompensiert wird. With the control of the electric compressor according to the invention, for example, it can also be prevented that the internal combustion engine turns back during the engine run-out. Turning back occurs in particular when the compression moment due to the mass moment of inertia of the outgoing internal combustion engine shortly before TDC is insufficient to rotate over it so that the compressed air moves the piston back. This reversal can be prevented according to the invention by driving the electrically driven compressor by the torque of the cylinder is compensated in the compression stroke by a cylinder in the intake stroke by a generated overpressure.

In besonders bevorzugter Weise kann die Position des Kolbens in der gewünschten Weise beeinflusst werden, wenn bei entsprechend ausreichender Dynamik des elektrisch angetriebenen Verdichters durch gezielte Erzeugung eines Überdrucks oder Unterdrucks, also durch Pumpen oder Saugen, die ausgeübte Kraft auf den Kolben in beide Richtungen beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann im Ansaugtakt des jeweiligen Zylinders zuerst mittels Pumpen eine Kraft auf den Kolben ausgeübt werden, um diesen zu beschleunigen. Kurz vor dem Schließen des Einlassventils kann mittels Saugen der Ladedruck verringert werden, sodass die spätere Kompressionsarbeit verringert wird, um z. B. den Kolben über den OT zu drehen. Dreht der Kolben eines Zylinders zu weit über den OT, so kann über einen anderen Zylinder, der gerade im Ansaugtakt ist, mittels Saugen verhindert werden, dass sich die Brennkraftmaschine zu weit dreht, d. h., wenn der Kolben nicht nahe genug nach dem OT stehenbleibt, kann der Kolben mittels Saugen am Weiterdrehen gehindert werden. In a particularly preferred manner, the position of the piston can be influenced in the desired manner, if the force exerted on the piston in both directions is influenced with a correspondingly sufficient dynamics of the electrically driven compressor by deliberate generation of an overpressure or underpressure, ie by pumping or suction can. For example, in the intake stroke of the respective cylinder, first a force can be exerted on the piston by means of pumps in order to accelerate it. Shortly before closing the inlet valve, the boost pressure can be reduced by suction, so that the subsequent compression work is reduced to z. B. to turn the piston over the TDC. If the piston of one cylinder turns too far over the TDC, suction can be used to prevent the internal combustion engine from turning too far, ie when the piston does not stop close enough after the TDC, via another cylinder that is currently in the intake stroke. The piston can be prevented from further rotation by suction.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die elektrisch angetriebene Verdichtung und die damit verbundene Beeinflussung der Position des Kolbens das Schleppmoment der Brennkraftmaschine bei einem Schleppstart verringert werden, wodurch ein Schleppstart erheblich verbessert werden kann. Als Schleppstart wird im Allgemeinen ein Start der Brennkraftmaschine nach einer durch die Fahrzeugbewegung geschleppten Bewegung des Motors beschrieben. Diese Startart nutzt die Fahrzeugbewegung, um die Brennkraftmaschine auf eine startfähige Motordrehzahl ohne einen elektrischen Anlasser (Elektromotor) zu schleppen. Ist die kinetische Energie des Fahrzeugs nicht hoch genug, beispielsweise bei zu niedrigen Geschwindigkeiten, stört im Moment des Einkuppelns das plötzliche Schleppmoment der Brennkraftmaschine in der Weise, dass es zu einem Verzögerungsmoment und einer für den Fahrer wahrnehmbaren Fahrzeugverzögerung kommt. Dieses Verzögerungsmoment kann durch den Einsatz des elektrisch angetriebenen Verdichters gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden, wobei der elektrisch angetriebene Verdichter genutzt wird, um in der Phase des Anschleppens der Brennkraftmaschine durch einen Druckaufbau mittels des elektrisch antreibbaren Verdichters bzw. durch ein Pumpen von Luft das Schleppmoment der Brennkraftmaschine zu verringern bzw. überwinden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise im Einlasstakt des jeweiligen Zylinders, wobei die durch den elektrisch angetriebenen Verdichter verdichtete Luft zusätzlich eine Kraft auf den sich nach unten bewegenden Kolben ausübt. Wenn ein voll variabler Ventiltrieb zur Verfügung steht, kann während des Arbeitstaktes das Einlassventil zusätzlich geöffnet werden. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the drag torque of the internal combustion engine can be reduced at a tow start by the electrically driven compression and the associated influence on the position of the piston, whereby a drag start can be significantly improved. Towing is generally described as a start of the internal combustion engine after a movement of the engine caused by the vehicle movement. This startup uses the vehicle movement to tow the engine to a bootable engine speed without an electric starter (electric motor). If the kinetic energy of the vehicle is not high enough, for example at too low speeds, at the moment of engagement the sudden drag torque of the internal combustion engine interferes in such a way that there is a deceleration torque and a vehicle deceleration perceptible to the driver. This delay torque can be avoided by the use of the electrically driven compressor according to the inventive method, wherein the electrically driven compressor is used to in the phase of Entschleppens the internal combustion engine by a pressure build-up by means of the electrically driven compressor or by pumping air, the drag torque reduce or overcome the internal combustion engine. This is expediently carried out in the intake stroke of the respective cylinder, the air compressed by the electrically driven compressor additionally exerting a force on the piston moving downwards. If a fully variable valve train is available, the intake valve can be additionally opened during the power stroke.

In bevorzugter Weise wird der elektrisch angetriebene Verdichter bereits vor dem Anschleppen durch das Fahrzeug aktiviert, sodass bereits das Losbrechmoment der Brennkraftmaschine, also die Überwindung der Haftreibung der stehenden Brennkraftmaschine, durch den elektrisch angetriebenen Verdichter verringert bzw. schnell überwunden wird. Preferably, the electrically driven compressor is already activated before towing by the vehicle, so that already the breakaway torque of the internal combustion engine, so overcoming the static friction of the stationary internal combustion engine is reduced by the electrically driven compressor or quickly overcome.

In vorteilhafter Weise erfolgt der Motorstart komplett pneumatisch, wobei hierfür die Pumpleistung des elektrisch angetriebenen Verdichters zweckmäßigerweise entsprechend stark ausgelegt ist. Hierbei kann auf einen herkömmlichen elektrischen Anlasser (Elektromotor) verzichtet werden, wodurch Kosteneinsparungen möglich sind. In anderen Ausgestaltungen kann ein elektrischer Anlasser vorgesehen sein, der jedoch im Vergleich mit herkömmlichen Systemen kleiner ausgelegt werden kann, da durch den elektrisch angetriebenen Verdichter das Losbrechen bzw. das Drehen der Brennkraftmaschine auf die Startdrehzahl unterstützt wird, auch wenn der Start nicht komplett pneumatisch durchgeführt wird. Insbesondere im Hinblick auf einen rein pneumatischen Motorstart ist die Unterstützung durch einen variablen Ventiltrieb zur Minimierung der Zylinderkompression und der notwendigen Einlassventilöffnungszeiten besonders vorteilhaft.Advantageously, the engine is started completely pneumatic, for which purpose the pumping power of the electrically driven compressor is expediently designed accordingly strong. This can be dispensed with a conventional electric starter (electric motor), which cost savings are possible. In other embodiments, an electric starter may be provided, however, which can be made smaller in comparison with conventional systems, as supported by the electrically driven compressor breakaway or rotation of the internal combustion engine to the starting speed, even if the start is not carried out completely pneumatically becomes. Especially with regard to a purely pneumatic engine start, the support by a variable valve train for minimizing the cylinder compression and the necessary intake valve opening times is particularly advantageous.

In bevorzugter Weise ist der elektrisch antreibbare Verdichter in einer Ansaugstrecke der Brennkraftmaschine angeordnet. Dieser Verdichter kann beispielsweise in Reihe mit einem üblichen Verdichter, beispielsweise einem Abgasturbolader, geschaltet sein. Die elektrisch angetriebene Verdichtung als Zusatzverdichtung wird also in einem Luftstrom vorgenommen, der über die Ansaugstrecke und die Einlassventile in den Brennraum der Zylinder gelangt. Folglich erfolgt die elektrisch angetriebene Verdichtung vorzugsweise bei geöffnetem/n Einlassventil(en) des Zylinders. In a preferred manner, the electrically drivable compressor is arranged in an intake path of the internal combustion engine. This compressor may, for example, be connected in series with a conventional compressor, for example an exhaust gas turbocharger. The electrically driven compression as additional compression is thus carried out in an air flow which passes via the intake path and the inlet valves into the combustion chamber of the cylinder. Consequently, the electrically driven compression is preferably performed with the intake valve (s) of the cylinder open.

In besonders bevorzugter Weise kann mittels geeigneter Modelle und zugehöriger Sensordaten abgeschätzt werden, welcher durch den elektrisch angetriebenen Verdichter erzeugte Ladedruck notwendig ist, um die Brennkraftmaschine bzw. die Kolben der Zylinder in eine geeignete Stellung zu bringen. Hierfür sind im Prinzip verschiedene numerische oder physikalische Modelle geeignet. Mittels eines Drehzahlgebers kann beispielsweise die genaue Position der Kurbelwelle bzw. der Zylinderpositionen erkannt werden. In modellbasierter Weise kann ein bedarfsgerechter Unter- bzw. Überdruck durch die elektrisch angetriebene Verdichtung in einen Zylinder mit offenen Einlassventilen eingebracht werden, um so beispielsweise die Kurbelwellenposition weiter zu korrigieren bzw. in eine für einen pneumatischen Start geeignete Position zu bringen.In a particularly preferred manner can be estimated by means of suitable models and associated sensor data, which is required by the electrically driven compressor boost pressure necessary to bring the internal combustion engine or the piston of the cylinder in a suitable position. In principle, various numerical or physical models are suitable for this purpose. By means of a speed sensor, for example, the exact position of the crankshaft or the cylinder positions can be detected. In a model-based manner, a demand-based under- or overpressure can be introduced by the electrically driven compression in a cylinder with open intake valves, for example, to further correct the crankshaft position or to bring it into a suitable position for a pneumatic start.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem elektrisch antreibbaren Verdichter um einen elektrisch unterstützten Abgasturbolader. Bei einem elektrisch unterstützten Turbolader, der auch als Cross-Charger bezeichnet wird, handelt es sich im Prinzip um einen Abgasturbolader, der zusätzlich mit einem elektrischen Motor und/oder Generator direkt oder indirekt verbunden ist. Im elektromotorischen Betrieb verhält sich dieser Abgasturbolader wie ein ausschließlich elektrisch angetriebener Verdichter. Im generatorischen Betrieb kann über den Abgasstrom zusätzlich Energie dem Abgas entzogen und genutzt werden, wobei die Abgasenergie also in elektrische Energie umgewandelt wird. Durch die elektrische Ansteuerung eines solchen Abgasturboladers lassen sich prinzipiell die oben erläuterten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in gleicher Weise realisieren. Weiterhin ist es möglich, durch die elektrische Ansteuerung eines entsprechend ausgestatteten Abgasturboladers den Motor von der abgasseitigen Seite her aufzuladen, indem die elektrisch angetriebene Verdichtung bei geöffnetem/n Auslassventil(en) erfolgt. In diesem Fall kann die elektrisch betriebene Abgasturbine durch Saugen bzw. Pumpen über die offenen Auslassventile des jeweiligen Zylinders über den jeweiligen Kolben beispielsweise ein Vor- oder Zurückdrehen der Brennkraftmaschine bewirken, um damit beispielsweise eine gewünschte Halteposition der Kurbelwelle für den pneumatischen Start zu erreichen. Weiterhin kann über das Saugen die elektrisch betriebene Abgasturbine die Brennkraftmaschine pneumatisch starten. In a further embodiment of the method according to the invention, the electrically drivable compressor is an electrically assisted turbocharger. In an electrically assisted turbocharger, which is also referred to as a cross-charger, is in principle an exhaust gas turbocharger, which is additionally connected directly or indirectly with an electric motor and / or generator. In electric motor operation, this exhaust gas turbocharger behaves like an exclusively electrically driven compressor. In regenerative operation, additional energy can be extracted from the exhaust gas and used via the exhaust gas flow, the exhaust gas energy thus being converted into electrical energy. In principle, the embodiments of the method according to the invention explained above can be realized in the same way by the electrical control of such an exhaust gas turbocharger. Furthermore, it is possible by the electric control of a suitably equipped exhaust gas turbocharger to charge the engine from the exhaust side by the electrically driven compression takes place with open / n exhaust valve (s). In this case, the electrically operated exhaust gas turbine by sucking or pumping via the open exhaust valves of the respective cylinder via the respective piston, for example, a forward or backward rotation of the internal combustion engine cause, for example, to achieve a desired stop position of the crankshaft for the pneumatic start. Furthermore, the electrically operated exhaust gas turbine can start the internal combustion engine pneumatically via suction.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein System mit einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder und mit wenigstens einem elektrisch antreibbaren Verdichter, insbesondere einem elektrischen Zusatzverdichter. Dieses System zeichnet sich dadurch aus, dass das System für ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in der oben beschriebenen Weise eingerichtet ist. Beispielsweise kann ein Steuergerät dieses Systems mit einem entsprechenden Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens ausgestattet sein. Bezüglich weiterer Merkmale dieses Systems und bezüglich weiterer Merkmale des Verfahrens wird auf die obige Beschreibung verwiesen. The invention further comprises a system having an internal combustion engine with at least one cylinder and with at least one electrically drivable compressor, in particular an additional electric compressor. This system is characterized in that the system is arranged for a method for operating an internal combustion engine in the manner described above. For example, a control device of this system may be equipped with a corresponding computer program for carrying out the method. With regard to further features of this system and with regard to further features of the method, reference is made to the above description.

Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich umfasst die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm oder als maschinenlesbares Speichermedium oder als elektronisches Steuergerät hat den besonderen Vorteil, dass auf diese Weise dieses Verfahren ohne Weiteres bei bestehenden Kraftfahrzeugen zur Realisierung eines pneumatischen Starts eingesetzt werden kann, sofern das Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zur elektrischen Verdichtung, insbesondere einem elektrisch Zusatzverdichter, ausgestattet ist. Im Hinblick auf das verbesserte Startverhalten kann das erfindungsgemäße Verfahren dabei einen Zusatznutzen eines gegebenenfalls ohnehin vorhandenen elektrischen Zusatzverdichters realisieren, der bei einem System mit Downsizing zur Verbesserung des Motorlaufverhaltens vorgesehen ist. Furthermore, the invention comprises a computer program which is set up to carry out the steps of the method according to the invention. Moreover, the invention comprises a machine-readable storage medium on which such a computer program is stored. Finally, the invention comprises an electronic control device which is set up to carry out the steps of the method according to the invention. The embodiment of the method according to the invention as a computer program or as a machine-readable storage medium or as an electronic control unit has the particular advantage that in this way this method can readily be used in existing motor vehicles to realize a pneumatic start, provided that the motor vehicle is equipped with a device for electrical compression, in particular an electric auxiliary compressor, is equipped. With regard to the improved starting behavior, the method according to the invention can realize an added benefit of an optional electric additional compressor which is provided in a system with downsizing for improving the engine running behavior.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:

1 schematische Darstellung eines Brennkraftmaschinensystems mit einem elektrischen Zusatzverdichter (Stand der Technik) und 1 schematic representation of an internal combustion engine system with an electric auxiliary compressor (prior art) and

2A/B schematische Darstellungen von zwei möglichen Ausgestaltungen eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers (Stand der Technik). 2A / B are schematic representations of two possible embodiments of an electrically assisted exhaust gas turbocharger (prior art).

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 illustriert ein an sich bekanntes Brennkraftmaschinensystem mit einer Einrichtung zur elektrischen Zusatzverdichtung. Gezeigt ist ein beispielhafter Zylinder 10 der Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) mit einem darin angeordneten Kolben 11. Über nicht näher dargestellte Einlassventile und Auslassventile werden das Frischgas in den Brennraum des Zylinders 10 eingelassen und das Abgas in den Abgasstrang 18 ausgestoßen. Das angesaugte Frischgas gelangt zunächst über einen Ansaugstutzen 12 in den Verdichter 13 eines Abgasturboladers 14. Die verdichtete Ansaugluft durchläuft einen Ladeluftkühler 15, bevor es über einen Ansaugkrümmer 16 in den Brennraum des Zylinders 10 gelangt. Das Abgas im Abgasstrang 18 treibt die Turbine 19 des Abgasturboladers 14 an. Weiterhin ist eine Abgasrückführungsleitung 20 vorgesehen. In der Ladeluftstrecke ist zusätzlich ein rein elektrisch angetriebener Verdichter 21 integriert. Die Luftführung des elektrisch angetriebenen Verdichters 21 wird mithilfe einer Bypass-Klappe 17 geschaltet. Die Bypass-Klappe 17 ist in der Ladeluftstrecke parallel in einem Bypass-Pfad positioniert. Wenn der Verdichter 21 aktiv ist, ist in der Regel die Bypass-Klappe 17 geschlossen. Wenn der elektrisch angetriebene Verdichter 21 nicht aktiv ist, ist die Bypass-Klappe 17 in der Regel geöffnet, sodass einer Drosselwirkung des nicht aktiven Verdichters 21 entgegengewirkt wird. Über das Schließen einer weiteren Klappe 22 im Abgasstrang kann der Abgasstrom über die Turbine 19 des Abgasturboladers 14 geleitet werden. Allgemein erlaubt die Verwendung eines elektrisch angetriebenen Verdichters 21 eine leistungsorientierte Auslegung des konventionellen Abgasturboladers 14, sodass im Basisaggregat eine deutliche Steigerung der spezifischen Leistung zu erreichen ist. Daher verwenden aktuelle Systeme mit einem Downsizing der Verbrennungsmotoren und den damit einhergehenden Anfahrschwächen (Turboloch) zunehmend zusätzlich elektrisch angetriebene Verdichter, die einen spontanen Ladedruckaufbau, also unabhängig vom Abgasstrom, erlauben. 1 illustrates a known per se internal combustion engine system with a device for additional electrical compression. Shown is an exemplary cylinder 10 the internal combustion engine (internal combustion engine) with a piston arranged therein 11 , Not shown inlet valves and exhaust valves are the fresh gas in the combustion chamber of the cylinder 10 let in and the exhaust gas into the exhaust system 18 pushed out. The sucked fresh gas first passes through an intake 12 in the compressor 13 an exhaust gas turbocharger 14 , The compressed intake air passes through a charge air cooler 15 before it has an intake manifold 16 into the combustion chamber of the cylinder 10 arrives. The exhaust gas in the exhaust system 18 drives the turbine 19 the exhaust gas turbocharger 14 at. Furthermore, an exhaust gas recirculation line 20 intended. In the charge air gap is in addition a purely electrically driven compressor 21 integrated. The air duct of the electrically driven compressor 21 is done using a bypass flap 17 connected. The bypass flap 17 is positioned parallel in the charge air path in a bypass path. If the compressor 21 is active, is usually the bypass flap 17 closed. When the electrically driven compressor 21 is not active, is the bypass flap 17 in usually open, so that a throttle effect of the non-active compressor 21 counteracted. About closing another door 22 In the exhaust system, the exhaust gas flow through the turbine 19 the exhaust gas turbocharger 14 be directed. Generally allows the use of an electrically driven compressor 21 a performance-oriented design of the conventional exhaust gas turbocharger 14 so that a significant increase in specific performance can be achieved in the base unit. Therefore, current systems with a downsizing of the internal combustion engines and the concomitant starting weaknesses (turbo lag) increasingly use additionally electrically driven compressors, which allow a spontaneous boost pressure buildup, ie independently of the exhaust gas flow.

Erfindungsgemäß wird mittels einer elektrischen Ansteuerung eines Verdichters, beispielsweise des elektrischen Zusatzverdichters 21, ein pneumatischer Start der Brennkraftmaschine durchgeführt. Hiermit kann ein besonderer Zusatznutzen des elektrisch antreibbaren Verdichters realisiert werden. Je nach Ausgestaltung des Systems wird erfindungsgemäß bei geöffnetem Einlassventil oder bei geöffnetem Auslassventil durch elektrischen Antrieb des Verdichters die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders beeinflusst bzw. der Kolben bewegt. Der pneumatische Start der Brennkraftmaschine kann dabei ohne ein externes Anlassermoment durchgeführt werden. Der pneumatische Start kann in vorteilhafter Weise durch den Einsatz eines variablen Ventiltriebs unterstützt werden, wodurch die Anforderungen an die Pumpleistungen des elektrischen Zusatzverdichters verringert werden.According to the invention by means of an electrical control of a compressor, for example, the electric auxiliary compressor 21 , performed a pneumatic start of the internal combustion engine. Hereby, a particular additional benefit of the electrically driven compressor can be realized. Depending on the configuration of the system, the position of the piston within the cylinder is influenced or the piston is moved by the electric drive of the compressor when the inlet valve is open or when the outlet valve is open. The pneumatic start of the internal combustion engine can be carried out without an external starter torque. The pneumatic start can be supported in an advantageous manner by the use of a variable valve train, whereby the requirements are reduced to the pump power of the electric auxiliary compressor.

Weiterhin kann der pneumatische Start erheblich verbessert werden, indem der Kolben in eine geeignete Position bewegt und/oder in einer für den Start geeigneten Position gehalten wird, insbesondere beim Auslaufen der Brennkraftmaschine. Weiterhin ist eine Verbesserung eines Schleppstarts mit besonderem Vorteil möglich. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Ansteuerung des elektrisch antreibbaren Verdichters kann beispielsweise ein gezieltes Rückdrehen des Motors in eine geeignete Position erreicht werden (im Sinne eines erweiterten Direktstarts). Ein optimaler Direktstart ist beispielsweise im Hinblick auf Start/Stopp-Systeme erforderlich, die ein schnelles und komfortables Starten zwingend erfordern. Das erfindungsgemäße Verfahren löst dabei das Problem einer eingeschränkten Steuerbarkeit des Motorauslaufs in eine definierte Zielposition sowie das oftmals zu kleine Verbrennungsmoment bei hohen Motortemperaturen aufgrund einer zu geringen Luftdichte. Mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung der elektrischen Zusatzverdichtung, die ein gezieltes Pumpen oder Saugen von Luft erlaubt, kann daher der Start pneumatisch durchgeführt werden und gegebenenfalls zusätzlich pneumatisch unterstützt werden, indem die Zylinderposition in Vorbereitung des pneumatischen Starts optimal eingestellt werden. Furthermore, the pneumatic start can be considerably improved by moving the piston to a suitable position and / or being held in a position suitable for starting, in particular when the internal combustion engine is running out. Furthermore, an improvement of a tow launch is possible with particular advantage. With the invention provided for driving the electrically driven compressor, for example, a targeted turning back of the engine can be achieved in a suitable position (in the sense of an extended direct start). An optimal direct start is required, for example, with regard to start / stop systems, which require a quick and comfortable start. The method according to the invention solves the problem of limited controllability of the engine outlet in a defined target position and the often too small combustion torque at high engine temperatures due to low air density. With the control according to the invention of the additional electric compression, which allows a targeted pumping or suction of air, therefore, the start can be carried out pneumatically and possibly additionally supported pneumatically by the cylinder position can be optimally adjusted in preparation for the pneumatic start.

Weiterhin wirkt das erfindungsgemäße Verfahren unkomfortablen Schüttelbewegungen der Brennkraftmaschine im Start infolge der Gaswechselmomente entgegen. Dies ist im Allgemeinen insbesondere bei Dieselmotoren problematisch, da dort der Zylinderdruck aufgrund der Selbstzündung des Diesels und der entsprechend notwendigen Kompression beispielsweise nicht durch Drosselmaßnahmen zu senken ist. Bei einem Dieselmotor ist etwa von einer doppelten Amplitude des Gaswechselmoments im Vergleich mit einem Otto-Motor auszugehen, womit im Allgemeinen eine größere Schwingungsanregung des Aggregats und ein unkomfortablerer Startverlauf verbunden sind. Daher bietet das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung des Starts der Brennkraftmaschine durch die elektrische Zusatzverdichtung insbesondere bei Dieselmotoren besondere Vorteile.Furthermore, the inventive method counteracts uncomfortable shaking the internal combustion engine in the start due to the gas exchange moments. This is generally problematic, especially in diesel engines, since there the cylinder pressure due to the auto-ignition of the diesel and the correspondingly necessary compression, for example, is not to be reduced by throttle measures. In a diesel engine is about to start from a double amplitude of the gas exchange torque in comparison with a gasoline engine, which are generally associated with a greater vibration excitation of the unit and a more uncomfortable startup course. Therefore, the inventive method for performing the start of the internal combustion engine by the additional electric compression, especially in diesel engines offers particular advantages.

2A und 2B zeigen zwei Beispiele für die Ausgestaltung eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers 30 bzw. 40 (Cross-Charger), der ebenfalls im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann. Der Turbolader 30 bzw. 40 bewirkt eine vom Abgasstrom 31 angetriebene Verdichtung der Ansaugluft 35, die über die Ladeluftstrecke 32 und einen Ladeluftkühler 33 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 34 gelangt, bevor das Abgas 36 in den weiteren Abgasstrang (nicht näher dargestellt) entlassen wird. Der Abgasturbolader 30 bzw. 40 umfasst jeweils eine Abgasturbine 301 bzw. 401 und einen Verdichter 302 bzw. 402. In der Ausgestaltung gemäß 2A ist eine elektrische Motor/Generator-Einheit (MGU-H) 303 vor dem Verdichter 302 angeordnet. In der Ausgestaltung gemäß 2B ist eine Motor/Generator-Einheit 403 zwischen dem Verdichter 402 und der Abgasturbine 401 angeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für solche Systeme einsetzbar, die einen derartigen elektrisch unterstützten Turbolader aufweisen, wobei der Abgasturbolader 30 bzw. 40 im elektromotorischen Betrieb in vergleichbarer Weise wie der oben beschriebene ausschließlich elektrisch angetriebene Verdichter 21 eingesetzt werden kann. Die elektrisch betriebene Abgasturbine 301 bzw. 401 kann durch Saugen oder Pumpen ein Vor- oder Zurückdrehen der Brennkraftmaschine bewirken, sodass beispielsweise eine für den pneumatischen Start geeignete Halteposition der Kurbelwelle beispielsweise im Auslauf der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mittels der elektrisch betriebenen Abgasturbine 301 bzw. 401 ein komplett pneumatischer Start erfolgen. Das Saugen oder Pumpen kann dabei über die geöffneten Einlassventile des Zylinders oder auch über die geöffneten Auslassventile des Zylinders, also abgasseitig, auf die Position des Kolbens im Zylinder einwirken. 2A and 2 B show two examples of the design of an electrically assisted exhaust gas turbocharger 30 respectively. 40 (Cross-Charger), which can also be used in the sense of the method according to the invention. The turbocharger 30 respectively. 40 causes one of the exhaust gas flow 31 driven compression of the intake air 35 passing the charge air route 32 and a charge air cooler 33 in the cylinders of the internal combustion engine 34 passes before the exhaust 36 in the other exhaust line (not shown) is released. The turbocharger 30 respectively. 40 each includes an exhaust gas turbine 301 respectively. 401 and a compressor 302 respectively. 402 , In the embodiment according to 2A is an electric motor / generator unit (MGU-H) 303 in front of the compressor 302 arranged. In the embodiment according to 2 B is a motor / generator unit 403 between the compressor 402 and the exhaust gas turbine 401 arranged. The method according to the invention can also be used for systems which have such an electrically assisted turbocharger, the exhaust gas turbocharger 30 respectively. 40 in electromotive operation in a comparable manner as the above-described exclusively electrically driven compressor 21 can be used. The electrically operated exhaust gas turbine 301 respectively. 401 can bring about a forward or backward rotation of the internal combustion engine by suction or pumping, so that, for example, a suitable for the pneumatic start holding position of the crankshaft, for example, in the outlet of the internal combustion engine can be achieved. Alternatively or additionally, by means of the electrically operated exhaust gas turbine 301 respectively. 401 a completely pneumatic start. Sucking or pumping can be done via the open intake valves of the cylinder or via the open exhaust valves of the cylinder Cylinder, ie exhaust side, acting on the position of the piston in the cylinder.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10255149 A1 [0007] DE 10255149 A1 [0007]
DE 102014201549 A1 [0008] DE 102014201549 A1 [0008]
DE 102004003607 A1 [0009] DE 102004003607 A1 [0009]
DE 10306632 A1 [0010] DE 10306632 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (34) mit wenigstens einem Zylinder (10) mit wenigstens einem Kolben (11), wobei der Zylinder (10) wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist, und wobei der Brennkraftmaschine (34) wenigstens ein elektrisch antreibbarer Verdichter (21; 302; 402), insbesondere ein elektrischer Zusatzverdichter (21), zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung eines pneumatischen Starts der Brennkraftmaschine (34) der Verdichter (21; 302; 402) elektrisch angetrieben wird. Method for operating an internal combustion engine ( 34 ) with at least one cylinder ( 10 ) with at least one piston ( 11 ), whereby the cylinder ( 10 ) comprises at least one inlet valve and at least one outlet valve, and wherein the internal combustion engine ( 34 ) at least one electrically driven compressor ( 21 ; 302 ; 402 ), in particular an additional electric compressor ( 21 ), characterized in that for carrying out a pneumatic start of the internal combustion engine ( 34 ) of the compressor ( 21 ; 302 ; 402 ) is electrically driven.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Einlassventil oder bei geöffnetem Auslassventil durch elektrischen Antrieb des Verdichters (21; 302; 402) die Position des Kolbens (11) innerhalb des Zylinders (10) beeinflusst wird. A method according to claim 1, characterized in that when the intake valve is open or when the exhaust valve is open by electric drive of the compressor ( 21 ; 302 ; 402 ) the position of the piston ( 11 ) within the cylinder ( 10 ) being affected.

Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Start durch die Betätigung eines variablen Ventiltriebs unterstützt wird. A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pneumatic start is supported by the operation of a variable valve train.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypass-Klappe (17), mit der die Luftführung des elektrisch antreibbaren Verdichters (21) schaltbar ist, unterstützend für den Aufbau eines Überdrucks oder Unterdrucks durch den elektrisch angetriebenen Verdichter (21; 302; 402) angesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a bypass damper ( 17 ), with which the air duct of the electrically driven compressor ( 21 ), supporting the build-up of an overpressure or underpressure by the electrically driven compressor ( 21 ; 302 ; 402 ) is driven.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen elektrischen Antrieb des Verdichters (21; 302; 402) der Kolben (11) in eine für den pneumatischen Start geeignete Position bewegt und/oder in einer für den pneumatischen Start geeigneten Position gehalten wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that by an electric drive of the compressor ( 21 ; 302 ; 402 ) The piston ( 11 ) is moved into a position suitable for pneumatic starting and / or held in a position suitable for pneumatic starting.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb des Verdichters (21; 302; 402) zur Beeinflussung der Position des Kolbens (11) während eines Auslaufens der Brennkraftmaschine (34) erfolgt. Method according to claim 4, characterized in that the electric drive of the compressor ( 21 ; 302 ; 402 ) for influencing the position of the piston ( 11 ) during a run-out of the internal combustion engine ( 34 ) he follows.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen elektrischen Antrieb des Verdichters (21; 302; 402) das Schleppmoment der Brennkraftmaschine (34) bei einem Schleppstart verringert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that by an electric drive of the compressor ( 21 ; 302 ; 402 ) the drag torque of the internal combustion engine ( 34 ) is reduced at a tow start.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch antreibbare Verdichter (302; 402) ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader (30; 40) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically driven compressor ( 302 ; 402 ) an electrically assisted exhaust gas turbocharger ( 30 ; 40 ).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb des Verdichters (302; 402) bei geöffnetem Auslassventil erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electric drive of the compressor ( 302 ; 402 ) with the exhaust valve open.

System mit einer Brennkraftmaschine (34), die wenigstens einen Zylinder (10) mit wenigstens einem Kolben (11) umfasst, wobei das System wenigstens einen elektrisch antreibbaren Verdichter (21; 302; 402) aufweist, insbesondere einen elektrischen Zusatzverdichter (21), dadurch gekennzeichnet, dass das System für ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist. System with an internal combustion engine ( 34 ), which has at least one cylinder ( 10 ) with at least one piston ( 11 ), wherein the system comprises at least one electrically driven compressor ( 21 ; 302 ; 402 ), in particular an electric auxiliary compressor ( 21 ), characterized in that the system is arranged for a method for operating the internal combustion engine according to one of claims 1 to 9.

Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.Computer program adapted to perform the steps of a method according to one of claims 1 to 9.

Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.A machine-readable storage medium on which a computer program according to claim 11 is stored.

Elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einer der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.An electronic control device configured to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 9.