CN101749162B - 用于起动内燃机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于起动内燃机的方法和装置，即利用起动机发动内燃机的方法、装置、计算机程序和计算机程序产品，其中，-预设第一门限值和第二门限值，-确定描述内燃机的工作状态的特征的第一参数和第二参数，-将第一参数与预设的第一门限值比较，以及-将第二参数与预设的第二门限值比较，-起动机根据比较结果起动或者不起动内燃机。

Description

用于起动内燃机的方法和装置

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求所述类型的装置或者方法。

计算机程序和计算机程序产品也是本发明的主题。

背景技术

由DE 10 2006 047 608公开了用于起动内燃机的一种装置和一种方法，其中棘轮起动机起动内燃机。在此，该棘轮起动机具有带有棘轮的直流电动机，该棘轮啮合到内燃机的齿圈中并且在起动要求下转动内燃机。内燃机的齿圈一般位于曲轴上。此外已知的棘轮起动机具有所谓的啮合继电器，它拉动啮合杆，该啮合杆使棘轮啮合到内燃机的齿圈中。一旦啮合继电器已经吸合，就自动接通主电流回路，它为起动机供应电能。由此开始真正的转动过程。

对于当前的发动机控制系统，在棘轮啮合到齿圈中之前检查，内燃机是否处于停机状态。由此例如有效降低了由于机械子系统的热的和/或机械的负荷对机械子系统的寿命的预期的负面影响。

对于当前的发动机控制系统，内燃机的停机状态例如由此确定，即连接发动机的惯性运转(Auslauf)的增量编码器对较长的持续时间，典型地为200ms，没有识别到掠过的齿。这种在识别到内燃机的停机状态和重新起动的最早时间点之间的死时间，对于舒适的起动-停止-系统或者直接起动系统来说太长了。

发明内容

具有独立权利要求的特征的根据本发明的装置、方法、计算机程序和计算机程序产品具有此优点，即内燃机利用起动机这样工作，即：

-预设第一门限值和第二门限值，

-求出描述内燃机的工作状态的特征的第一参数和第二参数，

一第一参数与预设的第一门限值比较和/或第二参数与预设的第二门限值比较，

-起动机根据比较结果起动或者不起动内燃机。

由此实现舒适的起动-停止-系统或者直接起动系统，其中当内燃机还没有到停机状态的时候，也可以进行内燃机的起动。由此内燃机的停止和重新起动之间的持续时间可以从约200ms降低到约10至100ms。

通过在从属权利要求中举出的措施可以获得在独立权利要求中说明的方法的有利的改进方案和改善方案。

如果仅当第一参数低于预设的第一门限值或者第二参数低于预设的第二门限值，起动机才启动内燃机，则是特别有利的。

低于第一门限值保证了，当内燃机处于停机状态时，起动机才起动内燃机。低于第二门限值保证了，当起动机与内燃机或者曲轴之间的相对转速足够小时，起动机才起动内燃机。由此避免，内燃机或者起动机或者其它的机械子系统由于热的和/或机械的负荷而损坏。

如果预设的第一门限值和预设的第二门限值选择大于零，则是特别有利的。由此当内燃机还处在低于对热的或者机械的损坏有风险的相对转速的条件之下的转动运动中时，起动机已经起动内燃机。

如果内燃机在不燃烧的工作状态下运行，则是特别有利的。由此仅当内燃机已经不工作时，才执行起动过程。

如果在内燃机中的曲轴上布置增量编码器，并且选择在增量编码器的第一个齿被探测到以后所经过的持续时间作为第一参数，则是特别有利的。对于所述在增量编码器的第一个齿被探测到以后所经过的持续时间，是指非常可靠并且精确地分辨的参数，用于判断内燃机的工作状态。特别是通过该参数与预设作为第一门限值的死时间进行比较，可以特别简单地探测内燃机的停机状态。

如果第二参数根据相对转速，也就是说起动机和曲轴之间的转速差来选择，则是特别有利的。关于热的或者机械的损坏最大允许的起动机和曲轴之间的转速差例如由起动机或者曲轴的生产商规定并且例如为因此该参数特别适合于，在为零的转速情况下判断内燃机的工作状态。

如果预设的第一门限值根据曲轴的转速和/或曲轴的位置特别是在10ms到100ms之间选择，则是特别有利的。曲轴的转速和/或曲轴的位置确定增量编码器的编码轮在转过编码轮的两个互相紧接着的齿之间的角度范围期间所经过的持续时间的长度。例如该持续时间在下降的转速时变长。对于设有一个或者多个齿缺的编码轮而言，该持续时间此外根据曲轴的位置变化，因为用于转过齿缺的角度范围的持续时间较长。在考虑这种相关性的情况下，保证了具有非常精确的分辨率地非常可靠地识别内燃机的停机状态。

如果根据识别到增量编码器的两个连续的齿之间的时间距离来确定第三参数，并且根据该第三参数的至少两个值，特别是通过借助于特别是一阶和/或二阶的近似函数的外推(Extrapolation)来确定预设的第一门限值，则是特别有利的。由此从识别到过去的两个互相紧接着的齿之间的时间距离借助于近似函数通过外推以简单的方式推断出直至识别到下一个齿的期望的时间距离。该期望的时间距离在此处于线性的外推和二次幂的外推的结果之间的范围内。一阶和/或二阶的近似函数的应用允许在控制器中的有效地转换。由此在足够的精度下节省计算资源。

如果根据借助于一阶和二阶的近似函数的外推的两个结果中较大的值选择预设的第一门限值，则是特别有利的。通过求取最大值这样选择预设的第一门限值，即不仅在凹形的齿时间曲线(曲线通过低点)下，而且在凸形的齿时间曲线(曲线通过高点)下，总是选择较长的期望的间隔。由此保证不过早识别到停机状态。

如果预设的第一门限值根据公差系数修正，则是特别有利的。通过附加地计入公差系数可以补偿由于近似函数或者信号检测中的公差产生的附加的不精确性。这样获得的时间距离然后可以应用作为新的预设的第一门限值。

如果预设的第二门限值根据起动机和/或曲轴的机械负荷能力来选择，则是特别有利的。起动机和/或曲轴的最大的机械负荷能力例如由这些部件的生产商规定。通过预设的第二门限值的选择，使起动机和曲轴之间的转速差保持足够小，以避免在起动内燃机时的损坏。该转速差例如为

如果在起动机工作之前检查，是否提出了起动要求，则是特别有利的。由此排除了，尽管其中安装了内燃机的车辆的驾驶员没有提出起动要求，起动机仍然在低于第一门限值或者第二门限值的情况下起动内燃机。由此可靠地防止了内燃机的不希望的起动。

如果起动机是棘轮起动机，则是特别有利的。棘轮起动机涉及特别有效和简单地应用的机械部件，它们特别适合于起动-停止方法和直接起动方法。

附图说明

本发明的实施例在图中示出并且在下面的说明中详细说明。图中示出：

图1示意示出了一台内燃机，

图2示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，

图3示出了内燃机的工作参数的时间曲线的示意图。

具体实施方式

在图1中示意示出了一台内燃机并利用100标记。内燃机100具有汽缸101和活塞102，它们围成燃烧室103。

在燃烧室103中通过进气管104经过进气阀105引入新鲜空气。此外借助于喷射阀106在燃烧室103中引入燃料。

这样在燃烧室103中产生的燃料/空气混合物例如通过火花塞107点燃。通过燃料/空气混合物在燃烧室103中的燃烧产生的热能至少部分通过活塞102转化为机械能。通过由此实现的活塞102在汽缸101中的向下运动，经过联杆108将曲轴109置于旋转运动中。活塞102在这种情况下不断从上死点OT到下死点UT穿越汽缸101。

在紧跟着燃料/空气混合物的燃烧进行的活塞102的向上运动中，通过燃烧产生的废气通过排气阀110推到排气管111中。

图1以外源点火的具有直接喷射的四冲程汽油机为例说明了内燃机100。不过根据本发明的方法，根据本发明的装置也可以类似地应用在其它的内燃机上，例如两冲程内燃机或者具有进气管喷射的内燃机以及柴油机。在图1中为了清楚仅示出了内燃机100的汽缸101。根据本发明的装置和根据本发明的方法可对多缸内燃机类似地应用。

进气阀105和排气阀110的控制以已知的方式例如通过在图1中未示出的凸轮轴进行。替代地也可以使用可变的气门操纵机构。

喷射阀106和火花塞107的控制以已知的方式例如借助于发动机控制器进行。这些方法在这里不详细说明。

在曲轴109上布置有增量编码器112，它例如借助于磁性的编码轮113感应出电信号。转动方向也可以例如借助于智能的转速传感器以已知的方式确定。磁性的编码轮113在此例如设计成具有60-2个齿的齿轮。这意味着，编码轮113以及由此曲轴109的位置被划分成60个每6°曲轴角的同样大的角度段。

磁性的编码轮113在此借助于齿缺，也就是说，两个缺少的齿这样编码，即当例如在识别到的齿缺后识别到电信号的两个下降的侧沿，并且附加再转过72°KW，就达到活塞102的上死点OT。

根据本发明的方法也可以类似地用于编码轮的其它的编码。根据本发明的方法，根据本发明的装置也可以用于其它的，不是按照磁性原理工作的增量编码器112。例如可以应用一种增量编码器112，它借助于光源和光电的元器件应用成像的测量原理。

在内燃机100中此外布置有电动机114，它通过轴115与棘轮116连接。电动机114、轴115和棘轮116是棘轮起动机的部分，棘轮起动机为了起动内燃机100啮合到与曲轴109牢固连接的齿圈117中。为此例如操纵在图1中未示出的啮合继电器，它拉动同样在图1中未示出的啮合杆，由此使棘轮116啮合到齿圈117中。

替代在图1中示出的棘轮起动机也可以使用其它的起动机。根据本发明的方法和根据本发明的装置也可以在那里类似地应用。

在图1中示出了控制器120，它具有第一设定装置121、第二设定装置122、第一确定装置123、第二确定装置124、比较装置125和第三设定装置126。

第一确定装置123从增量编码器112的信号确定第一参数，它在下面也称为齿时间TZ。齿时间TZ表示一种持续时间，即识别到增量编码器112的两个连续的齿之间的时间距离。齿时间TZ以已知的方式例如由增量编码器112的电压信号的两个下降的侧沿之间的距离确定。为此控制器120提供在图1中未示出的节拍发生器，它为第一确定装置123提供关于经过的时间的信息。第一确定装置123将齿时间TZ传送给比较装置125和第一设定装置121。

第二确定装置124以已知的方式由增量编码器112的信号确定内燃机的转速n。为此例如和在第一确定装置123中一样，确定齿时间TZ并且接着通过求取平均值确定平均的齿时间TZ。对于60-2的编码轮，那么直接由齿时间TZ的平均值的倒数得到以每分钟圈数为单位的转速。附加地以已知的方式监控，内燃机100是否处于回摆运动中。如果是这种情况，不确定任何转速n，而是将转速信号例如置于无效值。内燃机100的转速接着由第二确定装置124与电动机114的转速进行比较。因为电动机114由控制器120借助于第三设定装置126控制，于是电动机114的转速例如以已知的方式由用于电动机114的控制信号通过建模而形成。例如在此假设，电动机114的转速对应额定转速。为此第二确定装置124从第三设定装置126接收额定转速。对此替代地可以设置另外的增量编码器和另外的确定装置，借助于它们确定电动机114的转速。在此电动机114的转速典型地对应棘轮116的转速。

第二确定装置124确定内燃机100的转速和电动机114的转速之间的差值作为第二参数，并且由此确定起动机和曲轴之间的相对转速或者转速差。起动机和曲轴之间的转速差由第二确定装置124传递到比较装置125。

第一设定装置121预设第一门限值。预设的第一门限值在下面也称为死时间。预设的第一门限值根据曲轴的转速和/或曲轴的位置例如在10ms到100ms之间选择。为此根据在编码轮113的两个连续的齿的识别之间的时间距离来确定第三参数。该时间距离由第一确定装置123确定作为齿时间TZ并且传递到第一设定装置121。接着由第三参数或者齿时间TZ的三个值通过借助于近似函数的外推来推断出直至识别到下一个通过增量编码器112的齿的期望的时间距离。为此由一阶的近似函数确定第一结果，并且由二阶的近似函数确定第二结果。一阶的近似函数例如是线性函数。例如选择一条直线，它近似通过三个最后检测的齿时间TZ。例如选择二次函数作为二阶的近似函数，它例如通过齿时间TZ的最后三个值定义。

为了储存数据在控制器120中设有在图1中未示出的存储器，在该存储器中储存有直到计算近似函数的单个齿时间TZ。例如对于二阶函数在存储器中储存三个最后的齿时间TZ。在此规定，每个新的齿时间TZ代替那个存储器中最老的齿时间TZ。

如果提供足够的存储器和计算能力，也还可以接受齿时间TZ的更久远过去的值。在足够的计算机资源的情况下，也可以例如借助于最小二乘法近似方法仅确定一个近似函数。那么在这种情况下根据借助于这一个近似函数的外推的结果来确定预设的第一门限值。图3示出了齿时间TZ在连续的时间t上的第一时间曲线301。此外在图3中示出了与内燃机100的动能E成比例的参数的另一时间曲线302。由于摩擦和缺少通过燃烧输入新的能量，动能E在内燃机100的惯性运转中下降很强烈。此外动能E通过曲轴109、活塞102、联杆108以及可能的双质量飞轮的有效质量惯性矩以及其他参数来确定。该回转系统的角速度通过它的动能E确定。动能E和角速度或者齿时间TZ之间的关系在图3中示出。

内燃机100的惯性运转以燃料-空气-混合物在燃烧室103中的燃烧的结束而开始。接着内燃机100的转速n下降，这对应齿时间TZ的变长。在非常慢的转速n，例如150转每分钟的情况下，这个由活塞102、联杆108、曲轴109和飞轮组成的机械系统就开始摆动运动。这里这个摆动运动由此引起，即不燃烧的内燃机100的动能E不足够使活塞运动超过上死点OT。在动能E不足够使活塞运动超过上死点的情况下，进行回摆运动，它在图3中在第一返回点U1和第二返回点U2之间进行并且以R标记。在这个回摆运动R期间，曲轴109逆着在内燃机100的燃烧工作中作用的转动方向进行运动。在回摆运动中，在汽缸中压缩的空气(气弹簧)的能量转化为机械能。

在内燃机100的惯性运转期间出现的齿时间TZ在图3中在第一时间曲线301上以点示出。点之间的连线表示齿时间TZ的例如二阶的近似函数。磁性的编码轮113的齿缺在图3中以L标记。

齿时间TZ的第一时间曲线301在第一返回点U1后划分成五个连续的区域。第一区域303标记曲轴109处于加速的运动状态的区间。这意味着，期望的下一个齿时间TZ必然小于当前在存储器中可用的最后的齿时间TZ。第一区域303在所述连续的齿时间TZ仅差别很小的地方结束。

连接在第一区域303上的区域304包括缓慢减速的运动状态的区间。在这个第二区域304中，期望的齿时间TZ以及死时间选择大于当前可用的齿时间TZ。

同样适用于连接在第二区域304上的第三区域305。第二区域304和第三区域305区别在于，即在第三区域305中，当前可以提供的齿时间TZ和期望的齿时间TZ之间的差别明显大于在第二区域304中。

连接在第三区域305上的第四区域306关于期望的齿时间TZ对应第一区域303，因为在第四区域306中也期望曲轴109的减速。

连接在第四区域306上的第五区域307关于期望的齿时间TZ对应第二区域304，因为在这里也期望曲轴109的缓慢减速。

只要内燃机100在惯性运转期间处于摆动运动中，曲轴109的不同的加速度的区域的划分就周期地进行。齿时间的时间曲线301在此也可以划分成凹形的和凸形的区域。凹形的和凸形的区域交替地在拐点上互相连接。凹形的区域通过低点标记，凸形的区域通过高点标记。

区域的差别在此用于改善死时间的近似函数以及外推。第一设定装置121例如通过储存的齿时间TZ的比较来检查，内燃机100处在第一时间曲线的哪个区域中。然后例如根据该区域匹配近似函数的安全偏移和步幅。

二次幂的外推在此按趋势地在凹形的情况下提供太大的期望的齿时间。线性的外推这里按趋势地提供太小的齿时间。由此两种外推方法形成了期望的齿时间所在的区域。在外推时，近似方法的步幅在此例如等于两个最后检测的齿时间TZ之间的时间距离。

根据第三参数的三个值，现在确定预设的第一门限值，即死时间。例如为了可靠识别停机状态，应用线性的和二次幂的外推的两个结果的最大值作为死时间。由此不仅对于凹形的情况，而且对于凸形的情况都避免停机状态的过快识别。其它的选择例如求取加权平均值也是可以的。

为了能够容忍例如由于应用近似函数产生的不精确性，附加地对外推的结果添加安全偏移，例如每6°曲轴角0.001秒的添加项[S/6°KW]。该安全偏移的值例如按照区域有所不同并且在应用中加以匹配。死时间接着由第一设定装置121传递到比较装置125。

第二设定装置122将起动机或者电动机114与曲轴109之间的相对转速预设作为预设的第二门限值，在允许进行啮合过程之前，即内燃机100通过起动机重新起动之前，该第二门限值必须未被超出。相对转速例如由机械子系统，即例如棘轮116和/或齿圈117的生产商规定。相对转速例如为约转每分钟。预设的第二门限值由第二设定装置122转达到比较装置125。

比较装置125将预设的第一门限值与第一参数比较和/或将预设的第二门限值与第二参数比较。

这意味着，比较装置125借助于第一参数确定，曲轴109是否已经静止，即在识别到最后通过增量编码器112的齿以后所经过的持续时间大于直到识别到下一个齿的期望的死时间。那么这特别是这种情况，即当不再提供内燃机100的转速信息，因为曲轴109例如处在回摆运动R中。

比较装置125还检查，起动机或者电动机114与曲轴109之间的相对转速R是否小于预设的第二门限值。

如果比较单元125识别到，内燃机100处在停机状态或者起动机和曲轴109之间的相对转速足够小，则比较装置125将释放信号传递到第三设定装置126。

典型地首先检查，相对转速是否足够小。如果这由于缺少转速信息而不可行，将检查，内燃机100是否静止。为此比较装置125检查，转速信号是否具有有效的值。

第三设定装置126根据释放信号控制电动机114。如果起动过程被释放，电动机114例如由第三设定装置126利用电流控制。为此首先检查，比较装置125的释放信号是否释放起动过程。此外例如在机动车中检查，是否存在重新起动内燃机100的驾驶员意愿。例如由安装在车辆中的起动按钮将电信号作为起动意愿传递到第三设定装置126。在这种情况下当起动按钮被压下或者施加了相应的电信号，电动机114才被第三设定装置126控制。对此替代地，检测加速踏板的信号并且如果驾驶员压下加速踏板，就识别到起动意愿。

在图2中示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。

一旦内燃机100从燃烧的工作状态转换到不燃烧的第一工作状态，根据本发明的方法就在步骤200中开始。

在步骤200中以已知的方式确定内燃机100的转速n。接着执行步骤201。

在步骤201中检查，是否确定了有效的内燃机100的转速n的值。如果内燃机100的转速n确定是有效的，将分岔到步骤202。否则分岔到步骤203。

在步骤202中预设预设的第二门限值，即起动机和曲轴109之间最大允许的相对转速。接着执行步骤204。

在步骤204中例如由起动机的模型以已知的方式确定起动机的转速。对此替代地，起动机的转速例如通过在电动机114上的增量编码器测量。接着执行步骤205。

在步骤205中确定起动机的转速和内燃机100的转速n之间的差值。接着执行步骤206。

在步骤206中检查，预设的第二门限值是否大于起动机的转速和内燃机100的转速n之间的差值。如果起动机的转速和内燃机100的转速n之间的差值小于预设的第二门限值，就执行步骤207，否则执行步骤208。

在步骤207中产生释放信号。例如比特位被设置为值1。接着执行步骤220。

在步骤208中复位释放信号。例如比特位被设置为值0。接着执行步骤220。

在步骤203中预设死时间作为第一门限值，死时间延续到通过新的脉冲，例如增量编码器112的电压信号的下降的侧沿识别到磁性的编码轮113的下一个齿。例如该死时间由近似函数根据齿时间TZ通过所述的线性的和/或二次的外推来确定，或者借助于最小二乘法确定。接着执行步骤209。

在步骤209中确定从识别到最后的齿所经过的持续时间。接着执行步骤210。

在步骤210中检查，从识别到最后的齿所经过的持续时间是否小于死时间。如果从识别到最后的齿所经过的持续时间小于死时间，则执行步骤211。否则执行步骤212。

在步骤211中检查，是否识别到新的齿。如果没有识别到新的齿，则分岔到步骤209。否则分岔到步骤213。

在步骤213中复位释放信号。例如将比特位设置为值0。接着执行步骤220。

在步骤212中设置释放信号。例如将比特位设置为值1。接着执行步骤220。

在步骤220中检查，是否存在内燃机的起动意愿。为此例如检查，机动车中的起动按钮的信号是否是对应起动意愿的值。如果存在内燃机100的起动意愿，则执行步骤221。否则执行步骤200。

在步骤221中以已知的方式启动内燃机。接着终止此方法。

此外如果例如车辆的驾驶员关闭了控制器120，该方法将在每个任意的时刻终止。

Claims (14)

1.一种利用起动机发动内燃机的方法，其特征在于，

-预设第一门限值和第二门限值，

-求出描述内燃机的工作状态的特征的第一参数和第二参数，

-将第一参数与预设的第一门限值比较和/或将第二参数与预设的第二门限值比较，用于探测内燃机的停机状态，

-起动机根据比较结果起动或者不起动内燃机，

-其中，在内燃机的曲轴上布置增量编码器，并且选择在探测到增量编码器的第一个齿后所经过的持续时间作为第一参数，

其中，根据识别到增量编码器的两个连续的齿之间的时间距离来确定第三参数，并且根据所述第三参数的至少两个值来确定所述预设的第一门限值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当第一参数低于预设的第一门限值或者第二参数低于预设的第二门限值时，起动机才起动内燃机。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预设的第一门限值和预设的第二门限值选择大于零。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机在不进行燃烧的工作状态下运行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二参数根据起动机和曲轴之间的转速差来选择。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的第一门限值根据曲轴的转速和/或曲轴的位置进行选择。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的第一门限值在10ms到100ms之间进行选择。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于一阶和/或二阶的近似函数通过外推来确定所述预设的第一门限值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设的第一门限值从借助于一阶和二阶的近似函数的外推的两个结果中根据较大的值进行选择。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的第一门限值根据公差系数修正。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的第二门限值根据起动机和/或曲轴的机械负荷能力选择。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在起动机工作之前检查是否提出了起动要求。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起动机是棘轮起动机。

14.一种利用起动机发动内燃机的装置，该起动机布置在内燃机的曲轴上，其特征在于，

-第一设定装置预设第一门限值，

-第二设定装置预设第二门限值，

-第一确定装置确定第一参数，该第一参数描述内燃机的惯性运转的特征，

-第二确定装置确定第二参数，该第二参数描述内燃机的惯性运转的特征，

-比较装置将第一参数与预设的第一门限值比较和/或将第二参数与预设的第二门限值比较，用于探测内燃机的停机状态，

-第三设定装置根据比较结果发动起动机连同曲轴，

-其中，在内燃机的曲轴上布置增量编码器，并且选择在探测到增量编码器的第一个齿后所经过的持续时间作为第一参数，

其中，根据识别到增量编码器的两个连续的齿之间的时间距离来确定第三参数，并且根据所述第三参数的至少两个值来确定所述预设的第一门限值。