CN103161639A - 在发动机惯性运转中利用传统起动机的快速重新起动 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定起动机到内燃机（2）中的啮合时刻（86、90、92）的方法，包括-确定所述内燃机（2）的曲轴（8）的、尤其依赖于内燃机（2）的活塞（6）的摆动行程的转数（40），并且-将所述啮合时刻（86、90、92）规定在所述曲轴（8）的状态时刻之前或者在所述曲轴（8）的状态时刻时，其中所述转数（40）具有符号，所述符号表明所述曲轴（8）的旋转方向与所述内燃机（2）的工作方向相同。

Description

在发动机惯性运转中利用传统起动机的快速重新起动

技术领域

本发明涉及内燃机，尤其用于起动内燃机的措施。

背景技术

内燃机，例如用于车辆中的内燃机，为进行起动需要供给驱动能，所述驱动能一般用起动机提供。传统的起动机只能啮合到停止的发动机中，并且由此将必需的驱动能传递到内燃机。

在再起动时，传统的起动机必须因此等到内燃机达到静止。一种用于确定所述内燃机达到静止的时刻的方法例如由DE102009045886A1已知。但是所述方法一般只有在300ms延时后才能判断内燃机完全达到静止的时刻。

发明内容

根据本发明提出一种用于确定起动机在内燃机中的啮合时刻的方法以及根据并列权利要求的装置和车辆。

本发明的优选的改进方案是从属权利要求的部分。

根据本发明的一方面，用于确定起动机到内燃机中的啮合时刻的方法包括：确定内燃机的曲轴的、尤其依赖于内燃机的活塞的摆动行程的转数，以及将啮合时刻规定在曲轴的状态时刻（在该状态时刻中所述转数满足预先确定的条件）之前或者在曲轴的所述状态时刻时。

上述方法的构思在于，为了所述起动机能够啮合到所述内燃机中，所述内燃机不必完全达到静止。当曲轴具有确定的状态就完全足够，在这种确定的状态中，起动机的小齿轮能够啮合到曲轴的从动轮中，而不损坏齿轮中的至少一个齿轮。不同的示例的状态在从属权利要求中说明。

通过上述方法所述起动机能够快速啮合到内燃机中并且其因此缩短了在内燃机的直接的再起动后的起动延时时间。这具有以下优点，对于快速再起动，具有持续啮合的小齿轮或者在内燃机的惯性运转中具有啮合方案的、新一代的、费用大且鲁棒性差的起动机是多余的，并且可使用传统的起动机。

在本发明的一个设计方案中，为了满足预先确定的条件提供了用于测量转数的传感器、预先确定的时间、预先确定的输出信号。这种设计方案的思想在于，由用于测量转数的传感器不能直接导出内燃机的特性，因为所述传感器一般增量式地并且因此数字地工作。在单个增量之间所述传感器不能够直接确定内燃机的特性。因此常规地控制器必须以其他的方式确定内燃机的特性并且因此确定内燃机的停顿。但是可以认为，由传感器发出的信号以足够的精度反映了内燃机的特性。因为在内燃机停止时涉及惯性摆动过程，还可以认为，所述内燃机随着时间接近绝对的静止状态。借助所述预先确定的时间可以由此调整，为了所述起动机能够啮合到所述内燃机中，所述内燃机必须多么接近于静止状态。最初的结果表明，由此能够将上面所提到的起动延时时间缩短大约20%。

在此所述预先确定的输出信号在特殊的设计方案中可以等于零，来保证所述内燃机尽可能接近于静止状态。

在本发明的附加的或者可替代的设计方案中，所述转数为了满足预先确定的条件具有符号，所述符号表明，曲轴的旋转方向与内燃机的工作方向是相同的。这种设计方案的思想在于，即为了实现以两个齿轮尽可能小的机械负载使起动机啮合到所述内燃机，起动机的小齿轮和在曲轴上的从动轮应该沿着相同的方向旋转。以这种方式所述起动机在实际上还不适合将起动机啮合到发动机的发动机转数时就已经可以被触发。这是可能的，因为通过在发动机位置上测得的例如-1000rpm/sec的平均内燃机惯性运转梯度（Auslaufgradient）和测得的+/-10000rpm/sec的惯性运转幅值（Auslaufamplitude），可以计算在哪些时间中所述发动机转数降到所述起动机小齿轮可以啮合到所述发动机中的转数以下。最初的结果表明，通过避免摆动阶段和停顿识别时间能够将上面所提到的起动延时时间缩短了大于500ms。

在本发明的另一个附加的或者可替代的设计方案中，所述转数为了满足预先确定的条件小于预先确定的值。这种设计方案的思想在于，所述内燃机的曲轴在确定的位置短时间地达到静止。在活塞式发动机的情况中是在两个往复运动活塞的两个上压缩死点之间的两个转向点的位置，因为所涉及的往复运动活塞绕着这个中点执行摆动行程。因此所述往复运动活塞必定在所述转向点达到停顿，以改变其旋转方向。所述思想能够转用到任意的内燃机形式，例如汪克尔发动机（Wankelherzmotor）。

在此应该特别优选的是，曲轴的旋转方向与内燃机的工作方向相同，借此所述内燃机不仅能够以具有更大公差的转向点进行检测，在这种情况下也是可能的是，所述起动机转数同步地啮合到所述内燃机中，并且因此最大限度地最小化在所述起动机小齿轮和所述在曲轴上的从动轮上的机械负载。

在一种改进方案中，所述方法包括：测量在曲轴的预先确定的位置中的转数和对曲轴的在曲轴的两个相邻的预先确定的位置之间的位置上的转数进行插值。因为最常见的转数传感器只能增量式地测量所述曲轴的转数，于是在内燃机惯性运转时，仅利用所述转数传感器只能以大的公差范围来确定曲轴的和往复运动活塞的转向点。通过所述插值就能够最大限度地减小用于确定转向点的所述公差范围，由此在所述起动机小齿轮和在曲轴上的从动轮上产生较小的机械负载。

在本发明的附加的改进方案中，所述方法包括：确定在插值前在曲轴的两个相邻的位置之间的转数差和依赖于所述确定的转数差减小最后测量的转数。以这种方式利用纯线性的方法就能够进行插值，这对插值的转数的计算时间产生特别积极的作用，因为由于往复运动活塞在转向点上经过的有限的持续时间，在将要确定的值失效前，只有非常少的计算时间可以使用。一般来说所述插值的转数值必须每隔10ms进行更新。

在另一个或者附加的改进方案中，所述预先确定的值可依赖于曲轴的位置和自最后的上死点以来的转数变化来使用。以这种方式所述预先确定的值匹配于往复运动活塞和曲轴的摆动行程高度，从而可以与外部的机械的影响和其他干扰参量无关地或者也与往复运动活塞和曲轴的摆动运动的已经过去的数量无关地确定所述曲轴以及往复运动活塞的转向点。

在本发明的可替代的或者附加的改进方案中，所述方法包括：测量在曲轴的预先确定的位置中的转数和基于内燃机的上死点的横跨（Durchschreiten）相对所述曲轴的位置对转数进行积分，其中在所述曲轴的两个相邻的预先确定的位置之间所述曲轴的位置进行插值。

在一种特殊的改进方案中，所述曲轴的位置的插值与自最后的转数测量以来过去的时间成反比。所述数学的运算同样也可以以短的计算时间来实现，从而实时地给出曲轴的插值的结果。

在本发明的另一个设计方案中，所述转数变化是自横穿内燃机的最后的上死点以来最大的转数变化。所述最大的转数变化或者转数梯度充分地描述了在摆动行程期间在两个转向点之间内燃机的往复运动活塞或曲轴的振荡特性，并且相比于其他描述振荡特性的转数变化（如平均转数变化）直接地加以确定。

在一种替代的或者附加的设计方案中，在啮合时刻和状态时刻之间的持续时间相当于所述起动机啮合到内燃机中所需的持续时间。

根据本发明的另一个方面，用于将起动机啮合到内燃机中的方法包括：利用给出的方法确定啮合时刻以及基于依赖于啮合时刻的起动信号将所述起动机啮合到所述内燃机中。

在一种改进方案中，只有在曲轴的平均转数小于其预先确定的起动机触发转数时，才进行啮合，从而保证在啮合时缓慢旋转的小齿轮能够啮合。

根据另一方面，用于将起动机啮合到内燃机中的装置包括用于存储给出的方法的存储器和用于当从存储器中载入方法时实施所述方法的处理器。

根据另一方面，所述装置构造用于实施上述的方法。此外可以设有具有起动停止系统的车辆，所述起动停止系统通过上述装置触发。本发明在具有起动停止系统的车辆中特别有效，例如当车辆的内燃机在交通信号灯处，恰好在因为交通信号灯转换为绿色并且驾驶员因此把脚从刹车上抬起、驾驶员想再开动的时刻熄火时。

根据另一个方面，设有具有程序代码段的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上或者相关的计算单元上、尤其在上述装置中运行时，实施上述方法的所有步骤。

根据另一个方面，设有数据处理设备，其包含程序代码，所述程序代码存储在计算机可读的数据载体上并且当所述程序代码在数据处理装置上执行时，实施上述方法。

附图说明

接下来根据附图对本发明优选的实施方式进行进一步说明。示出：

图1 示出了具有实施根据本发明的方法的装置的内燃机的示意图；

图2 示出了根据本发明的方法的逻辑图；

图3 示出了说明本发明的作用方式的图表；且

图4 示出了说明本发明的作用方式的另一个图表。

具体实施方式

在附图中相同的元素设有相同的附图符号且仅说明一次。

涉及图1，其示出了内燃机2。所述内燃机2具有示意地表示的燃烧室4，往复运动活塞6可移动地支承在所述燃烧室内。所述往复运动活塞6与曲轴8经由连杆10连接。所述曲轴8是一般的轴12，在所述轴上不可转动地固定有曲柄14。所述连杆10传递线性运动到所述曲柄14上并且由此旋转所述曲轴8的轴12。

在所述曲轴8上此外还固定有齿轮15，所述齿轮在周边围绕所述轴12延伸。所述齿轮15由轮齿16形式的多个凸起和所述轮齿16之间的齿槽18构成。齿轮15的每个轮齿16和每个齿槽18夹有6°的角20。在齿轮15的一个位置省掉了一个轮齿，从而在所述位置，轮齿空缺24以带有18°的角度26的齿槽的形式存在。所述轮齿空缺24一般作为用于检测所述曲轴8的轴12的一圈完整的旋转的参考点存在。但是所述检测完整的旋转本身对于本发明并不是必需的。

所述轴12的旋转和由此齿轮15的旋转通过测量装置28检测，所述测量装置例如可以电磁地检测所述轮齿16的运动。对于每个经过测量装置28的轮齿16，所述测量装置将一个测量信号29发给脉冲检测器30，所述脉冲检测器基于测量信号29的强度将脉冲31发给评估装置32。所述评估装置32基于在图2中示出的方法33评估所述脉冲并且为未示出的发动机控制器产生起动机信号34，所述发动机控制器经由未示出的起动机驱动所述曲轴8。并且因此带动所述内燃机2运行。

只有在第一个逻辑与环节36满足了四个条件，然后才产生所述起动机信号34。

四个条件中的第一个是以起动信号38的出现为要求来起动所述内燃机2。

作为第二个条件，经由第一个比较环节39检测由脉冲31计算出的内燃机的转数40是否小于第一个阈值42。所述第一个阈值42规定了最大转数，在所述最大转数时，缓慢旋转的小齿轮能够进行啮合，来驱动内燃机2起动。如果所述转数40在这里大于所述第一个阈值42，将起动机啮合到内燃机2中将没有意义。

所述转数40在所述评估装置32中根据圆周位置检测。对此所述评估装置32能够在本设计方案中基于两个相继的脉冲31计算两个脉冲之间的时间并且基于此确定内燃机2的转数40并由此确定曲轴8的转数40。为了确定两个脉冲之间的转数40，所述评估装置32能够在每个脉冲31时附加地确定转数梯度并由此确定转数的变化并且基于此通过插值近似出两个脉冲31之间的转数40。以这种方式尤其也在轮齿空缺24的区域中存有所述转数40的值。

作为第三个条件，检验点火系统44是否经由点火开关激活。

最后作为最后一个条件，检验所述内燃机2以及由此曲轴8是否在适宜的状态中，以便使得所述起动机能够啮合到所述内燃机2中。这将由第一个逻辑或环节46确定，其输出被输送到第二个逻辑或环节48。所述第二个逻辑或环节48的任务是持久地存储第四个条件，直到所述起动机信号34出现。为此所述起动机信号34传回到第二个逻辑或环节48。为了确定所述内燃机2是否在适合于啮合起动机的状态中使用四个子标准，基于第一个逻辑或环节只要必须满足所述四个子标准中的一个，就产生起动机信号34。

利用第一个子标准，检验所述内燃机2以及由此所述曲轴8是否沿着适宜的方向旋转并且足够慢，由此所属起动机没有大的机械负载就能够啮合到所述内燃机2中。理想地，未示出的起动机的未示出的小齿轮应该已经与所述曲轴8同步沿同样的方向旋转，由此可以几乎完全地减小所述机械负载。因此利用第三个逻辑与环节50检验所述内燃机2以及由此所述曲轴8是否沿着向前旋转方向52旋转，以及所述转数40是否已达到啮合转数54。这些子标准也可以同样的方式应用于在惯性运转中节流的和非节流的内燃机，因为当所述内燃机2足够慢并且沿着适宜的方向旋转时，就会立即产生所述起动机信号34。

利用第二个子标准，检验所述内燃机2预计什么时候达到停止。这个子标准尤其在非节流的内燃机中有效，所述内燃机在惯性运转的最后阶段绕着转向点摆动，所述转向点位于两个上死点之间。摆动的原因在于，在压缩阶段前和后在两个燃烧室中的压力上升和降低，其中所述转向点位于两个压缩死点之间并且在惯性摆动时接近所述两个压缩死点的中点。

在摆动行程的转向点上所述往复运动活塞6以及由此所述曲轴8必定短暂地达到停止。在该停顿时起动机能够啮合到所述内燃机中并且必须为此以小齿轮啮合时间提前触发。为了检测预计的停顿，首先以特定的方式确定转数40。因为摆动行程的精确的转向点一般位于齿轮15的两个轮齿16之间，当对于预先确定的时间不再接收到脉冲31时，方法33基于已提到的转数梯度相对于零对转数40进行插值。所述预先确定的时间在此在该技术方案中用作所述往复运动活塞6以及由此所述曲轴8是否处于即将到达摆动行程的转向点的标准。相对于零插值的转数56在比较环节58中与根据应用的特征曲线族62确定的阈值转数60比较。

所述特征曲线族62的形式依赖于内燃机2的技术条件。由其中可以依赖于由内燃机的上死点起的实际发动机位置64和最大的转数变化66，也称为惯性运转幅值，加以确定。这就是说，由所述特征曲线族62而来的阈值转数60是依赖于内燃机2的位置数据和转数数据的，在所述往复运动活塞6在惯性运转中最后一次经过上死点之后，所述位置数据和转数数据描述内燃机2的曲轴8的运动。

为了确定实际的发动机位置64所述评估装置32可以评估脉冲31，所述脉冲每隔6°的角20便由脉冲检测器30发出并且例如通过对脉冲计数和通过未示出的角时钟的相应的继续旋转来计算。在每隔6°的间隔测得的角度脉冲31之间，所述评估装置32此外可以基于内燃机2的转数对实际的发动机位置64进行插值。为此可以使用最后一个由脉冲31导出的转数40或者插值的转数56。在通过上死点后的最大的转数变化66能够例如通过保存测得的转数变化来得到，只要所测得的转数变化大于已经存储的转数变化。

利用第三个子标准，检验所述内燃机2是否恰好刚刚停止。为此脉冲信号31的负侧沿激活发出停顿信号68的、未示出的计时器。由所述停顿信号68得到从所述脉冲信号31最后一次消失且内燃机2的运动因此停止的时间。所述停顿信号68的时间在另一个比较环节72中与阈值时间70比较。如果在停顿信号68中的时间超过所述阈值时间70，那么第一个逻辑或环节46相应地响应，以产生起动机信号34。

利用最后一个子标准，检验所述内燃机2是否已经自更长的时间起停顿。为此所述转数40与为零的变量74在对比环节76中进行等值比较。如果所述转数40等于零，那么第一个逻辑或环节46相应地响应，以产生起动机信号34。

在图3中示出了在非节流的惯性运转中的经历时间78的内燃机的转数40。

在非节流的过程中，内燃机2的曲轴8首先以依赖于位置的转数40绕着其自身的轴线旋转。所述旋转依赖于往复运动活塞6的运动。其中在内燃机2的往复运动活塞6的上死点80时的转数低于在往复运动活塞6的下死点82时的转数。

在最后一次经过上死点80之后所述往复运动活塞6再一次经过下死点82并且然后短暂地达到停止84。在所述停止84之后往复运动活塞6绕着下死点82以摆动行程摆动，其中往复运动活塞6在摆动行程的转向点一直重复达到停止84。这在图3中根据转数特征曲线与时间轴的交点可以看出。为了示图明了仅对所述交点中的一个设有附图标记表明停止84。所述往复运动活塞6对于预先确定的时间段停止，由此从一个时刻起未示出的发动机控制器可以确定内燃机2的完全停顿85。

所述起动机基于四个在图2中说明的子标准中的一个啮合到内燃机2中，然后得出在图3中示出的啮合方案。

若利用第一个子标准，检验所述内燃机2以及由此所述曲轴8是否沿着向前旋转方向52旋转以及所述转数40是否已达到啮合转数54，则作为啮合方案得出在图3中示出的慢的时间段86，在所述时间段内所述曲轴8缓慢地向前旋转。所述慢的时间段86在内燃机2的、由发动机控制器可识别的停顿85之前有相应为450ms、400ms和350ms的时差87、88、89。

若利用第二个子标准，检验所述内燃机2预计什么时候达到停止，则作为啮合方案得出在图3中示出的快的时间段90，所述时间段在往复运动活塞6和由此曲轴8第一次达到停止84时的时刻稍前。所述快的时间段90在内燃机2的、由发动机控制器可识别的停顿85之前有600ms的时差91。

若利用第三个子标准，检验经过较长的时间段什么时候不再接收到脉冲信号31，则作为啮合方案得出在图3中示出的停止时间段92，所述时间段在内燃机2的、由发动机控制器可识别的停顿85之前有240ms的时差93。

若利用第四个子标准，检验从什么时候起所述内燃机2不再旋转，由于不再有转数存在，也就是从什么时候起所述发动机控制器识别到内燃机2的停顿，然后才可以从内燃机2的停顿85开始在停顿时间段94中进行啮合。

对在惯性运转中节流的内燃机2来说得出用于起动机啮合到内燃机2的、在图4中所示的时间段86、92、94。用于使起动机啮合到内燃机2中的、最大可能的时差87在此有450ms，因为对节流的惯性运转来说不会出现往复运动活塞6的振荡，据此第二个子标准可能是适用的。

Claims (15)

1.一种用于确定起动机到内燃机（2）中的啮合时刻（86、90、92）的方法，包括

- 确定所述内燃机（2）的曲轴（8）的、尤其依赖于内燃机（2）的活塞（6）的摆动行程的转数（40），并且

- 将所述啮合时刻（86、90、92）规定在所述曲轴（8）的状态时刻之前或者在所述曲轴（8）的状态时刻时，其中所述转数（40）具有符号，所述符号表明所述曲轴（8）的旋转方向与所述内燃机（2）的工作方向相同。

2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转数（40）小于预先确定的值（60）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中测量在所述曲轴（8）的在预先确定的位置（20）中的转数（40）和所述曲轴（8）的在所述曲轴（8）的两个相邻的预先确定的位置（20）之间的位置上的转数（40）的插值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中确定在插值前在所述曲轴（8）的、两个相邻的位置（20）之间的转数差，并且依赖于所述确定的转数差，尤其相对于零在插值期间，降低最后测得的转数（40）。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其中能够依赖于所述曲轴（8）的位置（64）和自最后的上死点（80）以来的转数变化（66）应用所述预先确定的值（60）。

6.根据权利要求5所述的方法，包括：

- 测量在所述曲轴（8）的、预先确定的位置（20）中的转数（40）；并且

- 基于内燃机（2）的上死点的横跨相对所述曲轴的位置对转数（40）进行积分，其中在所述曲轴的两个相邻的预先确定的位置（20）之间所述曲轴（8）的所述位置（64）进行插值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述曲轴的所述位置（64）的插值与自最后的转数测量以来过去的时间成反比。

8.根据权利要求5到7中任一项所述的方法，其中所述转数变化是自横穿内燃机（2）的最后的上死点（80）以来最大的转数变化。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在啮合时刻（86、90、92）到状态时刻之间的持续时间相当于所述起动机啮合到内燃机（2）中所需的持续时间。

10.一种用于将起动机啮合到内燃机（2）中的方法，包括：

- 利用根据前述权利要求中任一项所述的方法确定啮合时刻（86、90、92）；并且

- 基于依赖于啮合时刻（86、90、92）的起动信号（34）使所述起动机啮合到所述内燃机（2）中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中只有在曲轴（8）的平均转数（40）小于其预先确定的起动机触发转数（42）时，才进行啮合。

12.一种用于将起动机啮合到内燃机（2）中的装置，其中所述装置构造用于实施根据权利要求1到11中任一项所述的方法。

13.一种具有起动停止系统的车辆，所述起动停止系统通过根据权利要求12所述的装置触发。

14.一种具有程序代码段的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上或者响应的计算单元上、尤其在根据权利要求12所述的装置中运行时，实施根据权利要求1到11中任一项所述的方法的所有步骤。

15.一种数据处理设备，所述数据处理设备包含程序代码，所述程序代码存储在计算机可读的数据载体上并且当所述程序代码在数据处理装置上执行时，实施根据权利要求1到11中任一项所述的方法。

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