DE102005016053A1

DE102005016053A1 - Maschinenstart- und Maschinenstopp-Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005016053A1
Application number: DE102005016053A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Kariya Murakami; Seiichirou Kariya Nishikawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2005-12-15
Also published as: JP4419655B2; JP2005299445A; US20050228575A1; US7269499B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschinenstart- und Maschinenstopp-Steuerungsvorrichtung, die eine Voraussageeinrichtung (30), eine Steuerungseinrichtung (30) und eine Startsteuerungseinrichtung (30) aufweist. Die Voraussageeinrichtung (30) trifft eine Voraussage bezüglich eines nach dem Anhalten bei einem Kompressionstakt befindlichen Zylinders während eines Ablaufs zum Anhalten der Maschine (11). Die Steuerungseinrichtung (30) steuert eine Brennstoffeinspritzung nach dem Anhalten in der Weise, dass Brennstoff in den Zylinder während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine (11) eingespritzt wird, um ein Luft-Brennstoffgemisch darin einzuschließen. Die Startsteuerungseinrichtung (30) zündet den Zylinder zur Erzeugung einer ersten Explosion zum Starten der Maschine (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenstart- und Maschinenstopp-Steuerungsvorrichtung mit einer verbesserten Startbarkeit.

Im Allgemeinen wird ein Zylinder auf der Basis eines Ausgangssignals eines Kurbelwellenwinkelsensors (Kurbelwinkelsensor) und eines Nockenwellensensors bestimmt, und es wird ein Kurbelwinkel zur Durchführung einer Zündungssteuerung oder Brennstoffeinspritzsteuerung erfasst, wenn die Maschine betrieben wird. Der erste Zylinder, für den eine Zündung oder eine Einspritzung zu bewirken ist, ist anfänglich unklar, bis die Maschine mittels eines Starters gestartet wird zur Vervollständigung der Bestimmung des Zylinders. Nach dem Starten der Maschinen wird somit eine Brennstoffeinspritzung für einen Zylinder bewirkt, der den Brennstoff so schnell wie möglich verbrennen kann, und eine Zündung wird durchgeführt zum Erzeugen einer ersten Explosion zum Starten der Maschine, nachdem die Zylinderbestimmung vollendet ist.

Bei diesem Startverfahren ist bis zu einem gewissen Maß eine Anlasszeitdauer bezüglich der Vollendung der Zylinderbestimmung erforderlich, und es wird Brennstoff in den ersten, einen Ansaugtakt nach der Vollendung der Zylinderbestimmung durchführenden Zylinder eingespritzt. Wird beispielsweise eine Vierzylindermaschine betrachtet, dann werden zwei oder drei Takte vom Starten des Anlassens der Maschine bis zur ersten Explosion erforderlich, wodurch der Nachteil entsteht, dass die Startzeit um dieses Ausmaß vergrößert wird. Wird die Startzeit bei einem Fahrzeug verlängert, bei dem ein Leerlaufstoppsystem angeordnet ist, bei dem die Maschine automatisch angehalten (gestoppt) wird (Leerlaufstopp), wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung während des Leerlaufs der Maschine vorliegt, und die Maschine automatisch erneut nach der Betätigung eines Beschleunigungspedals durch einen Fahrer gestartet wird, dann empfindet der Fahrer eine Langsamkeit des erneuten Startens, oder das Antriebsgeräusch des Starters wird zu einem schnarrenden Geräusch, sodass ein erhöhter Bedarf an einer Verkürzung der Startzeit besteht.

Die Druckschrift JP-1-170735 A offenbart ein Verfahren zur Durchführung einer zu dem Starten asynchronen Einspritzung, wobei in alle Zylinder in Synchronismus mit dem Startersignal Brennstoff eingespritzt wird. Der Brennstoff wird in den einen Ansaugtakt durchführenden Zylinder zu dieser Zeit angesaugt, und es wird eine Zündung durch den Kompressionstakt durchgeführt zur Erzeugung der ersten Explosion zum Verkürzen der Startzeit.

Alternativ offenbart die japanische Druckschrift JP-11-107823 A ein Verfahren, bei dem eine Maschinenstoppposition geschätzt und in einem Speicher gespeichert wird, wenn die Maschine angehalten wird, und es wird ein zuerst mit einer Brennstoffeinspritzung zu bedienender und zu zündender Zylinder auf der Basis der gespeicherten Maschinenstoppposition während des nächsten Maschinenstartvorgangs geschätzt.

Beide vorstehend beschriebene Startverfahren erfordern jedoch einen Vorgang, bei dem Brennstoff in einen Zylinder eingespritzt und angesaugt wird, der nach dem Starten des Anlassens den Ansaugtakt durchführt. Die Zündung wird sodann während des Kompressionstakts des Zylinders durchgeführt. Somit wird eine Zeitdauer von etwa zwei Takten vom Starten des Anlassens zur ersten Explosion erforderlich, wobei im Ergebnis die erforderliche Startzeit in Verbindung mit dem Fall des erneuten Startens nach einem Leerlauf stopp nicht befriedigen kann. Bei dem in der japanische Druckschrift JP-1-170735 A offenbarten asynchronen Einspritzsystem wird ferner Brennstoff in sämtliche Zylinder zu Beginn des Startvorgangs eingespritzt, sodass für die Verbrennung nicht benutzter Brennstoff unverändert abgegeben wird, wobei das Problem der Verschlechterung der Abgasemission während des Startvorgangs auftritt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die vorstehend angegebenen Situationen, und es liegt ihr die Aufgabe zu Grunde, eine Maschinenstopp- und -startsteuerungsvorrichtung derart auszugestalten, dass ein vollständiger Startvorgang während einer kurzen Zeitdauer ohne Verschlechterung der Abgasemission gewährleistet ist.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe umfasst ein Beispiel der vorliegenden Erfindung eine Voraussageeinrichtung zum Voraussagen, welcher Zylinder sich bei einem Kompressionstakt nach einem Anhalten der Maschine während des Vorgangs des Anhaltens der Maschine befindet, eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Brennstoffeinspritzung nach dem Anhalten zum Einspritzen eines Brennstoffs in den mittels der Voraussageeinrichtung vorausgesagten Zylinder, um ein Luft-Brennstoffgemisch darin einzuschließen, und eine Startsteuerungseinrichtung zum Zünden des Zylinders, der sich bei dem Kompressionstakt befindet, nach dem Anhalten zur Erzeugung einer ersten Explosion bzw. Verbrennung zum Starten der Maschine, wenn die Maschine gestartet werden soll.

Bei einer Ansaugrohr-Einspritzmaschine wird beispielsweise Brennstoff in den Zylinder eingespritzt, der mittels der Voraussageinrichtung während des Ansaugtakts unmittelbar vor dem Anhalten vorausgesagt wird, wobei die Maschine mit dem angesaugten und in dem Zylinder eingeschlossenen Luft-Brennstoffgemisch angehalten wird. Bei der Direkteinspritz-Brennkraftmaschine wird Brennstoff in den Zylinder eingespritzt, der mittels der Voraussageeinrichtung während des Ansaugtakts unmittelbar vor dem Anhalten oder bei dem Kompressionstakt vorausgesagt wird, wobei die Maschine mit dem in dem Zylinder eingeschlossenen Luft-Brennstoffgemisch angehalten wird. Hierdurch wird ein Zustand bestimmt, bei dem in dem sich bei dem Kompressionstakt des nächsten Startvorgangs befindenden Zylinder bereits das Luft-Brennstoffgemisch eingeschlossen ist, wodurch es möglich ist, eine erste Verbrennung bzw. Explosion durch Zünden dieses Zylinders bei dem Kompressionstakt zu erzeugen. In entsprechender Weise kann somit die erste Explosion innerhalb einer kurzen Zeitdauer von einem Takt von dem Beginn des Startens erzeugt werden, sodass das Starten innerhalb einer kurzen Zeitdauer vervollständigt werden kann. Im Unterschied zu der bezüglich des Starters asynchronen Einspritzung wird hierbei kein Brennstoff in einen Zylinder eingespritzt, der nicht für die Startbetriebsverbrennung verwendet wird. Es besteht daher nicht die Gefahr der Verschlechterung der während des Startvorgangs abgegebenen Abgase.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stopppositionssteuerungseinrichtung zur Steuerung der Maschinenstoppposition vorgesehen. Das Anhalten bzw. Stoppen der Maschine wird in der Weise gesteuert, dass eine Positionierung an einem Punkt bewirkt wird, nachdem das Einlassventil des Zylinders, der sich bei dem Kompressionstakt befindet, nach dem Anhalten der Maschine geschlossen ist und vor dem Ablauf eines vorbestimmten Kurbelwinkels (Winkel der Kurbelwelle) zur Sicherstellung eines Verbrennungsdrucks für die erste Explosion bei dem nächsten Starten.

Da insbesondere das Luft-Brennstoffgemisch auch dann in dem sich bei dem Kompressionstakt befindenden Zylinder nach dem Anhalten der Maschine eingeschlossen werden kann, bis das Einlassventil geschlossen ist, ist es erforderlich, die Maschinenstoppposition in der Weise zu steuern, dass dies bei dem Punkt erfolgt, nachdem das Einlassventil des sich bei dem Kompressionstakt befindenden Zylinders nach dem Anhalten geschlossen ist.

Wird die Maschinen bei der Position angehalten, bei der der Kompressionsdruck des Luft-Brennstoffgemisches in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt groß wird (bei der Position, bei der sich der Kolben sich dem oberen Totpunkt nähert), auch nachdem das Einlassventil des Zylinders bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten geschlossen ist, tritt das Brennstoffgemisch aus dem Spalt zwischen dem Kolben und der inneren Wand des Zylinders innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer aus, wenn die Maschine steht. Dieses Austreten (Leckage) vermindert den Kompressionsdruck oder vermindert den Anhebungsbetrag des Kolbens zu dem oberen Totpunkt während des nächsten Startvorgangs. Dies bewirkt eine ungenügende Kompression des Luft-Brennstoffgemisches in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt. Im Ergebnis wird die erste Explosion verhindert oder ein Ein-Kompressionsstarten kann infolge eines zu geringen Kompressionsdrucks für die erste Explosion nicht stattfinden.

Als eine Gegenmaßnahme wird die Maschinenstoppposition in der Weise gesteuert, dass sie bei dem Punkt vor dem Ablauf des vorbestimmten Kurbelwinkels zur Sicherstellung des Verbrennungsdrucks für die erste Explosion bei dem nächsten starten liegt, d.h. dass sie bei der Position ist, bei der der Kompressionsdruck des Brennstoffgemisches in dem Zylinder mit dem Kompressionstakt niedrig ist (bei der Position, bei der der Anhebungsbetrag des Kolbens zu dem oberen Totpunkt bei dem nächsten Starten sichergestellt werden kann. Dies vermindert ein Austreten des Luft-Brennstoffgemisches in dem Zylinder während des Kompressionstakts oder einer Verminderung des Kompressionsdrucks nach dem Anhalten der Maschine. Ferner kann das Luft-Brennstoffgemisch in dem bei dem Kompressionstakt befindlichen Zylinder in ausreichender Weise für das nächste Starten komprimiert werden, wodurch in sicherer Weise die erste Explosion erzeugt wird, die einen ausreichenden Verbrennungsdruck aufweist, und es kann daher das Starten mit einer Kompression (Ein-Kompressionsstarten) sicher verwirklicht werden.

Nach dem Voraussagen des Zylinders, der sich bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindet, kann gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Bewegungsparameter zur Angabe der Bewegung der Maschine und einen Hinderungsparameter zum Hindern der Bewegung der Maschine während des Vorgangs des Anhaltens der Maschinen berechnet werden. Ein Zukunftsparameter zur Angabe der zukünftigen Bewegung der Maschine wird auf der Basis der beiden vorstehenden Parameter vorausgesagt, und es wird der Zylinder auf der Basis des Zukunftsparameters vorausgesagt, der sich nach dem Anhalten bei dem Kompressionstakt befindet. Dies ermöglicht die genaue Voraussage des Zukunftsparameters durch Betrachten einer Dispersion infolge einer Herstellungstoleranz der Maschine, einer langfristigen Änderung und einer Änderung in der Maschinenreibung (beispielsweise Unterschiede in der Viskosität des Maschinenöls infolge von Änderungen der Öltemperatur) während eines Ablaufs zur Berechnung des Bewegungsparameters und des Hinderungsparameters, mit dem Ergebnis, dass der sich bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindende Zylinder aus dem Zukunftsparameter in genauer Weise vorausgesagt werden kann.

In diesem Fall wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine zukünftige Momentanmaschinengeschwindigkeit als der Zukunftsparameter vorausgesagt, und es wird die Umdrehung der Maschine vorausgesagt, bei der sie mit dem Taktzustand jedes Zylinder bei diesem Punkt anhält, wenn die zukünftige Momentanmaschinengeschwindigkeit nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist. Zusammengefasst wird somit die Umdrehung der Maschine vorausgesagt bezüglich eines Anhaltens bei einem Zustand, wenn die vorausgesagte zukünftige Momentanmaschinengeschwindigkeit zu dem Drehzahlbereich vermindert ist, bei dem der Kolben nicht über den oberen Totpunkt der Kompression (TDC Top Dead Center) hinausgehen kann.

Nach dem Steuern der Maschinenstoppposition wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Ansaugluftmenge vergrößert, wenn der Zylinder, der bezüglich des Anhaltens bei dem Kompressionstakt mittels der Voraussageeinrichtung vorausgesagt wird, sich bei dem Ansaugtakt unmittelbar vor dem Anhalten der Maschine befindet, wobei der Kompressionsdruck des Zylinders bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten der Maschine zum Beenden der Drehung der Maschine vergrößert wird. Wird der Kompressionsdruck in dem Kompressionstakt vergrößert, wenn die Umdrehung der Maschine gemäß der vorstehenden Beschreibung angehalten wird, dann wird ein negatives Drehmoment, das in dem Kompressionstakt erzeugt wird, vergrößert und dient als Kraft zum Hindern der Drehung der Maschine. Dies führt zu einer an die Drehung der Maschine angelegten Bremskraft, und es wird der Kurbelwinkelbereich kleiner, bei dem das Drehmoment nicht größer als die Maschinenreibung wird (der Kurbelwinkelbereich, in dem die Drehung der Maschinen angehalten werden kann), und es wird somit die Drehung der Maschine innerhalb des Kurbelwinkelbereichs angehalten. Dies ermöglicht es, dass die Maschinenstoppposition in der Weise gesteuert werden kann, dass sie bei einem Punkt liegt, nachdem das Einlassventil des sich bei dem Kompressionstakt befindenden Zylinders nach dem Anhalten geschlossen wird und vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel, der den Kompressionsdruck für die erste Explosion sicherstellen kann. Ferner kann die Maschinenstoppposition gesteuert werden unter Verwendung einer Einrichtung zum Steuern der Ansaugluftmenge (Leerlaufdrehzahlsteuerungsventil, elektronische Drosselklappe, variable Ventilverstellungseinrichtung), sodass die vorliegende Erfindung bei bereits bestehenden Maschinensteuerungssystemen lediglich durch Ändern des Steuerungsprogramms angewendet werden kann.

Die Aspekte der vorliegenden Erfindung können auch auf den Fall angewendet werden, bei dem ein Fahrer einen Zündschalter zum Anhalten und Starten der Maschine bedient, wobei die vorliegende Erfindung jedoch auch bei einem Leerlaufstoppsystem verwendet werden kann, das mit einer automatischen Stoppeinrichtung ausgestattet ist zum Beenden der Brennstoffeinspritzung und der Zündung zum Anhalten der Drehung der Maschine, wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung während des Leerlaufs erfüllt ist, wobei der Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten vorausgesagt wird zum Einspritzen des Brennstoffs, so dass auf diese Weise das Luft-Brennstoffgemisch in dem Zylinder bei dem Maschinenstopp (Leerlauf) mittels der automatischen Stoppeinrichtung eingeschlossen werden kann, und liegt die vorbestimmte automatische Startbedingung vor, dann wird eine Startsteuerung gestartet zum Zünden des Zylinders bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten, wobei eine erste Explosion zum erneuten Starten der Maschine erzeugt wird. Dies führt zur Verwirklichung eines Kompressionsstartens, das durch bekannte Leerlaufstoppsysteme nicht erreicht werden kann, wobei der Forderung zum Verkürzen der Startzeit entsprochen werden kann und das Gefühl der Langsamkeit (Verzögerung) bei dem erneuten Starten der Maschine durch den Fahrer nicht erkannt werden kann. Ferner kann der Lärm infolge des Antriebsgeräusches des Starters vermindert werden, wodurch einer Forderung nach einem geräuscharmen Lauf entsprochen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erkennbar in Verbindung mit dem Betriebsverfahren und der Funktion der betreffenden Teile gemäß der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den zugehörigen Patentansprüchen und den Zeichnungen, die alle Teil der vorliegenden Anmeldung sind. In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Maschinensteuerungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine Zeitverlaufsdarstellung eines Verfahrens zum Voraussagen einer Maschinenstoppposition gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine Zeitverlaufsdarstellung eines zweiten Verfahrens zum Voraussagen einer Maschinenstoppposition gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Maschinengeschwindigkeit einer Benzin-Maschine und der Größe von Verlusten gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 eine Zeitverlaufsdarstellung zum Voraussagen der Maschinenstoppposition und eines Steuerungsverfahrens eines Ein-Kompressionsstarts gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 eine Zeitverlaufsdarstellung zur Veranschaulichung eines Steuerungsverfahrens für die Maschinenstoppposition gemäß der vorliegenden Erfindung,
7 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einem Vergrößerungsbetrag der Umdrehungen der Maschine durch eine erste Explosion und der Maschinenstoppposition gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 eine Zeitverlaufsdarstellung eines Steuerungsbeispiels eines Ein-Kompressionsstartens gemäß der vorliegenden Erfindung,
9 ein Ablaufdiagramm eines Maschinenstoppsteuerungsprogramms gemäß der vorliegenden Erfindung,
10 ein Ablaufdiagramm eines Zylinderzustands-Voraussageprogramms gemäß der vorliegenden Erfindung, und
11 ein Ablaufdiagramm eines Ein-Kompressions-Startsteuerungsprogamms gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die beste Möglichkeit zur Durchführung der vorliegenden Erfindung durch eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Ansaugrohreinspritzung verwirklicht ist.
Unter Bezugnahme auf 1 wird zuerst der gesamte Aufbau des Maschinensteuerungssystems beschrieben. Ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe 14 ist an einem Ansaugrohr 13 befestigt, das mit einer Ansaugöffnung 12 einer Brennkraftmaschine bzw. Maschine 11 verbunden ist. Eine Öffnung der Drosselklappe 14 (Drosselöffnung) TA wird mittels eines Drosselöffnungssensors 15 erfasst. Ein Umgehungspfad 16 ist in dem Ansaugrohr 13 zum Umgehen der Drosselklappe 14 vorgesehen. Ein Leerlaufdrehzahlsteuerungsventil (nachstehend als ISC-Ventil bezeichnet) 17 ist in dem Umgehungspfad 16 angeordnet. Ein Ansaugkrümmerdrucksensor 18 zur Erfassung eines Ansaugkrümmerdrucks PM ist auf der stromabliegenden Seite der Drosselklappe 14 vorgesehen, und ein Brennstoffeinspritzventil 19 ist in der Nähe der Ansaugöffnung 12 jedes Zylinders angeordnet.
Ein Katalysator 22 zum Reinigen des Abgases ist in dem Abgasrohr 21 angeordnet, das mit einer Auslassöffnung 20 der Maschine 11 verbunden ist. Ein Kühlwassertemperatursensor 23 zur Erfassung einer Kühlwassertemperatur THW ist an einem Zylinderblock der Maschine 11 angeordnet. Ein Kurbelwellenwinkelsensor bzw. Kurbelwinkelsensor 26 ist gegenüber dem Außenbereich eine mit einer Kurbelwelle 24 der Maschine 11 verbundenen Signalrotors 25 angeordnet, wobei der Kurbelwinkelsensor 26 einen Puls eines Kurbelwinkelsignals für jeden vorbestimmten Kurbelwinkel (beispielsweise alle 10°CA, Crank Angle, Kurbelwinkel) abgibt, der mit der Drehung des Signalrotors 25 synchronisiert ist. An dem Signalrotor 25 des Kurbelwinkelsensors 26 sind ein kontinuierlicher zahnloser Bereich, bei dem ein Zahn oder mehrere Zähne (Pulse) fehlen, und ein Bereich mit einem fehlenden Zahn (siehe 8, Ein-Zahn-Fehlbereich) vorgesehen, wobei eine Kurbelwinkelbezugsposition mittels dieses kontinuierlichen zahnlosen Bereichs und dem Bereich mit einem fehlenden Zahn erfasst wird. Ferner ist ein Nockenwellenwinkelsensor (Nockenwinkelsensor) 29 gegenüber dem Außenbereich eines Signalrotors 28 vorgesehen, der an der Nockenwelle 27 der Maschine 11 angeordnet ist, wobei der Nockenwinkelsensor 29 einen Puls eines Nockenwellenwinkelsignals mit einem vorbestimmten Nockenwellenwinkel abgibt, der mit der Drehung des Signalrotors 28 synchronisiert ist.
Ausgangssignale der unterschiedlichen Sensoren werden einer Maschinensteuerungseinheit (nachstehend als Steuerungseinheit und in 1 mit ECU bezeichnet) 30 zugeführt. Die Steuerungseinheit 30 besteht im Wesentlichen aus einem Mikrocomputer zur Steuerung einer Brennstoffeinspritzmenge oder einer Brennstoffeinspritzzeit des Brennstoffeinspritzventils 19, einer Zündzeit einer Zündkerze 31, und der Umgehungsluftströmungsrate des ISC-Ventils 17 oder dergleichen gemäß dem mittels der verschiedenen Sensoren erfassten Maschinenbetriebszustand. Liegt ferner eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung zum Einschalten eines Leerlaufstoppsignals während des Leerlaufs vor, dann dient die Steuerungseinheit (ECU) 30 als eine automatische Stoppeinrichtung zum Beenden der Brennstoffeinspritzung und der Zündung, um auf diese Weise die Drehung der Maschine zu beenden. Liegt eine vorbestimmte automatische Startbedingung durch eine Betätigung eines Beschleunigungspedals durch einen Fahrer vor, wenn die Maschine in Verbindung mit einem Leerlaufstopp angehalten wurde, dann dient sie als eine Startsteuerungseinrichtung zum Beginnen einer Startsteuerung für ein Ein-Kompressionsstarten, wie dies nachstehend noch beschrieben wird, und zündet einen Zylinder in Verbindung mit einem Kompressionstakt mit der ersten Kompression am oberen Totpunkt nach dem Starten des Anlassens zum Bewirken einer ersten Explosion (Verbrennung) und zum Durchführen des Neustarts.
Ferner verarbeitet die Steuerungseinheit 30 jedes in den 9 bis 11 gezeigte und später noch beschriebene Programm zur Durchführung einer Kurbelwinkelbestimmung, einer Zylinderbestimmung, einer Berechnung und Speicherung der Maschinengeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl, einer Berechnung und Speicherung einer kinetischen Energie, einer Berechnung und Speicherung einer Belastung zum Hindern der Maschinenbewegung, einer Berechnung eines Voraussagewerts einer zukünftigen kinetischen Energie, einer Berechnung eines Voraussagewerts einer zukünftigen Momentandrehzahl der Maschine, der Voraussage der Maschinenstoppposition (des Taktzustands jedes Zylinders bei dem Anhalten der Maschine) und der Stopppositionssteuerung mittels des ISC-Ventils 17 auf der Basis des Kurbelwinkelsignals und des Nockenwinkelsignals. Die Information der Maschinenstoppposition wird in dem Sicherungsspeicher RAM 32 (einem wieder-beschreibbaren nichtflüchtigen Speicher, Sicherungs-RAM, Backup-RAM) oder einem Speicher RAM gespeichert, und eine Startsteuerung für ein Ein-Kompressionsstarten, wie dies nachstehend noch beschrieben wird, wird unter Verwendung der gespeicherten Information bezüglich der Maschinenstoppposition durchgeführt.
Ein Schätzverfahren der Maschinenstoppposition wird unter Verwendung einer Zeitverlaufsdarstellung eines Maschinenstoppvorgangs gemäß der Darstellung in 2 veranschaulicht. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Momentanmaschinendrehzahl (nachstehend als Momentandrehzahl bezeichnet) bei jedem oberen Kompressionstotpunkt als ein Parameter zur Darstellung der Bewegung der Maschine verwendet. Die Steuerungseinheit 30 zählt eine erforderliche Zeit zum Drehen der Kurbelwelle 24 um beispielsweise, 10°CA entsprechend dem Pulsintervall des Kurbelwinkelsignals, wobei die Momentandrehzahl Ne berechnet wird.
Hierbei wird ein Energiegleichgewicht bei dem i-ten oberen Kompressionstotpunkt (nachstehend als "TDC(i)" bezeichnet) gemäß der Darstellung in 2 betrachtet. Dieses Ausführungsbeispiel betrachtet ferner einen Pumpenverlust, einen Reibungsverlust in jedem Bereich, und einen Antriebsverlust jedes Zusatzantriebs als eine Wirkung bzw. eine Belastung, die eine Bewegung der Maschine behindert. Es wird nun angenommen, dass die kinetische Energie, die die Maschine aufweist, bestimmt ist durch E(i – 1) bei TDC (i – 1). Diese kinetische Energie E(i – 1) wird hergeleitet entsprechend der Wirkung (Belastung) infolge der vorstehend angegebenen jeweiligen Verluste vor Erreichen des nächsten TDC(i), um dann auf E(i) zu fallen. Die entsprechende Energiebilanz wird durch die nachfolgende Gleichung (1) ausgedrückt. E(i) = E(i – 1) – W (1)
In dieser Gleichung bezeichnet W einen Wert, der erhalten wird durch Addieren sämtlicher durch die verschiedenen Verluste hergeleiteter Belastungen während der Zeitdauer von TDC(i – 1) bis TDC(i).
Ferner ist folgende Aussage gemäß der nachfolgenden Gleichung (2) bezüglich der Bewegung der Maschine als eine Drehbewegung möglich. E = J × 2π2 × Ne2 (2)
In dieser Gleichung bezeichnet E eine von der Maschine beinhaltete kinetische Energie, J ein für jede Maschine bestimmtes Trägheitsmoment und Ne eine Momentandrehzahl.
Unter Verwendung der Gleichung (2) kann die mittels der Gleichung (1) ausgedrückte Energiebilanz ersetzt werden durch eine Beziehung der Änderung in der Momentandrehzahl, die mittels der nachfolgenden Gleichung (3) ausgedrückt wird.
Der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (3) wird bestimmt als ein Hinderungsparameter Cstop, der die Bewegung der Maschine hindert, und der gemäß der nachfolgenden Gleichung (4) bestimmt ist.
Der Hinderungsparameter Cstop, der die Bewegung der Maschine behindert, wird unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (5) berechnet die aus den vorstehend angegebenen Gleichungen (3) und (4) hergeleitet wird. Cstop = Ne(i – 1)2 – Ne(i)2 (5)
Ferner wird der Hinderungsparameter Cstop, der die Bewegung der Maschinen behindert, durch die Belastung W, die die Bewegung infolge der Verluste zwischen den oberen Totpunkten behindert und dem Trägheitsmoment J entsprechend der Definition durch Gleichung (4) bestimmt. Unter einer Bewegungsbedingung bei niedriger Drehzahl, wie einem Ablauf zum Stoppen der Maschine, wird der Pumpenverlust, ein Reibungsverlust in jedem Bereich und ein Antriebsverlust für jede Zusatzeinrichtung als eine Wirkung bzw. eine Belastung betrachtet, die die Bewegung behindert, und die im Allgemeinen einen konstanten Wert ungeachtet der Maschinendrehzahl Ne annimmt, wie es in 4 gezeigt ist. Die Belastung W zum Hindern der Bewegung der Maschinen nimmt somit im Allgemeinen einen konstanten Wert in jedem Intervall bezüglich des oberen Totpunkts während des Maschinenstoppablaufs an. Ferner ist das Trägheitsmoment J ein spezifischer Wert für jede Maschine, sodass der Hinderungsparameter Cstop zum Hindern der Bewegung der Maschine im Allgemeinen einen konstanten Wert während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine annimmt.
Somit kann der vorausgesagte Wert (Voraussagewert) der Momentandrehzahl Ne(i + 1) bei dem nächsten zukünftigen oberen Totpunkt TDC(i + 1) aus den nachfolgenden Gleichungen (6a) oder (6b) berechnet werden unter Verwendung der gegenwärtigen Momentandrehzahl Ne(i), die tatsächlich gemessen ist, und dem Hinderungsparameter Cstop, der die Bewegung der Maschinen zwischen den oberen Totpunkten behindert und der berechnet wird entsprechend der Gleichung (5).
Ist Ne(i)² ≥ Cstop, dann gilt:
gilt hingegen Ne(i)² < Cstop, dann gilt: Ne(i + 1) = 0 (6b)
Im Fall von Ne(i)² < Cstop bedeutet dies, dass die Belastung W zum Hindern der Bewegung zwischen den oberen Totpunkten größer als die kinetische Energie E(i) wird, die die Maschine gegenwärtig besitzt. Zur Vermeidung, dass das Berechnungsergebnis zu einem imaginären Wert wird, wird Ne(i + 1) gleich 0.
In dem Fall, dass der Taktzustand jedes Zylinders (eines Zylinders bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten) bei der Maschinenstoppposition unter Verwendung des Voraussagewerts der Momentandrehzahl Ne(i + 1) bei dem nächsten zukünftigen oberen Totpunkt TDC(i + 1), der berechnet wird gemäß der vorstehenden Beschreibung, vorausgesagt wird, gibt es ein Verfahren, bei dem bewertet wird, ob die Drehung der Maschine angehalten ist oder nicht, durch Vergleichen des Voraussagewerts der Momentandrehzahl Ne(i + 1) bei dem nächst-zukünftigen oberen Totpunkt TDC(i + 1) mit einem voreingestellten Stoppbestimmungswert Nth zum Schätzen des Taktzustands jedes Zylinders (ein Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten) bei der Maschinenstoppposition.
Bei diesem Schätzverfahren, ob die Drehung der Maschine angehalten ist oder nicht, erfolgt eine Bewertung aus dem Voraussagewert der Momentandrehzahl bei dem nächst-zukünftigen oberen Totpunkt, sodass die Maschinenstoppposition lediglich unmittelbar vor dem Anhalten der Drehung der Maschine geschätzt werden kann.
Angesichts dessen wird ein Ablauf zum Voraussagen eine weiteren in der Zukunft liegenden Momentandrehzahl wiederholt, wobei unter Verwendung des Voraussagewerts der zukünftigen Momentandrehzahl und des Parameters zum Hindern der Bewegung entsprechend einen Zylinderzustand-Voraussageprogramm, wenn die Maschine anhält, wie es nachstehend gemäß 10 beschrieben wird, bewertet wird, ob die Bewegung der Maschinen angehalten ist, wobei die Maschinenstoppposition bei jedem Punkt geschätzt werden kann, der nicht unmittelbar vor dem Anhalten der Drehung der Maschine liegt.
Das Schätzverfahren bezüglich der Maschinenstoppposition wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeitverlaufsdarstellung (Zeitverlaufsdiagramm) gemäß der Darstellung in 3 beschrieben. Der Parameter Cstop zum Hindern der Bewegung der Maschine und die Momentandrehzahl Ne(i + 1) bei dem nächsten zukünftigen oberen Totpunkt TDC(i + 1) werden bei einem bestimmten oberen Totpunkt TDC(i) während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine in gleicher Weise wie in dem vorstehend beschriebenen Schätzverfahren berechnet.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung nimmt der Hinderungsparameter Cstop zum Hindern der Bewegung der Maschine im Allgemeinen einen konstanten Wert während es Ablaufs zum Anhalten der Maschine an, wobei der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl Ne(i + 2) bei dem oberen Totpunkt TDC(i + 2), der der zweite zukünftige obere Totpunkt von dem gegenwärtigen ausgehend ist, gemäß den nachfolgenden Gleichungen (7a) und (7b) unter Verwendung des berechneten Parameters Cstop und des Werts Ne(i + 1) berechnet wird.
Gilt Ne(i + 1)² ≥ Cstop, dann ergibt sich
gilt Ne(i + 1)² < Cstop, dann ergibt sich Ne(i + 2) = 0 (7b)
Auf diese Weise wird der Ablauf zur Berechnung des vorausgesagten Werts der Momentandrehzahl bei dem zukünftigen oberen Totpunkt TDC wiederholt durchgeführt, bis der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl kleiner als der Stoppbestimmungswert wird, und es wird bestimmt, dass die Drehung der Maschine vor dem oberen Totpunkt TDC angehalten wird, bei dem der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl kleiner als der Stoppbestimmungswert wird.
Nachstehend werden die Grundzüge der Steuerung zum Anhalten der Drehung der Maschine unter Verwendung einer Zeitverlaufsdarstellung gemäß 5 beschrieben.
In einem Fall, bei dem das Leerlaufstoppsignal eingeschaltet wird zum Anhalten sowohl der Brennstoffeinspritzung als auch der Zündung während des Leerlaufs setzt gemäß der Darstellung in 5 die maschine 11 die Drehung für eine kurze Zeitdauer infolge der Massenträgheitsenergie fort, wobei jedoch die Drehung der Maschine infolge verschiedener Verluste (Pumpenverluste, Reibungsverluste, Antriebsverluste jeder Zusatzeinrichtung oder dergleichen) vermindert wird. Während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine wird der Taktzustand jedes Zylinders für den Fall des Anhaltens der Maschine vorausgesagt, und es wird das ISC-Ventil 17 vollständig geöffnet zum Vergrößern der Ansaugluftmenge, wenn der Zylinder, für den eine voraussage des Anhaltens in Verbindung mit dem Kompressionstakt getroffen wird, sich bei dem Ansaugtakt unmittelbar vor dem Maschinenstopp (vorzugsweise wenn der Ansaugtakt gestartet wird oder in einer Zeitdauer nahe diesem Zustand) befindet, wobei der Kompressionsdruck des Zylinders mit dem Kompressionstakt nach dem Anhalten der Maschine vergrößert wird zum Vergrößern der Kraft zum Hindern der Drehung der Maschine, sodass in der Folge die Drehung der Maschine zwangsläufig beendet wird. Somit wird die Maschinenstoppposition in der Weise gesteuert, dass sie einen Punkt annimmt, nachdem das Einlassventil des Zylinders, der sich nach dem Anhalten bei dem Kompressionstakt befindet, geschlossen ist und vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel, der einen Kompressionsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sicherstellt. In diesem Fall bedeutet "der vorbestimmte Kurbelwinkel, bei dem ein Kompressionsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sichergestellt ist" die Position, bei der der Kompressionsdruck des Luft-Brennstoffgemisches in dem Zylinder mit dem Kompressionstakt niedrig ist (die Position, die einen Anstiegsbetrag des Kolbens zu dem oberen Totpunkt nach dem nächsten Starten sicherstellt).
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 werden nun die Gründe dargestellt, warum die Maschinenstoppposition in der Weise gesteuert wird, dass sie einen Punkt annimmt, nachdem das Einlassventil des sich bei dem Kompressionstakt befindenden Zylinders nach dem Anhalten geschlossen ist, und vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel, bei dem ein Kompressionsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sichergestellt ist. Der Punkt, bei dem das Einlassventil in dem Kompressionstakt geschlossen ist, liegt im Allgemeinen in der Nachbarschaft von 140°CA vor dem oberen Totpunkt (BTDC before top dead center). Das Einlassventil wird somit in dem Bereich von 180°CA vor dem oberen Totpunkt bis 140°CA vor dem oberen Totpunkt zu Beginn des Kompressionstakts geöffnet, sodass das Luft-Brennstoffgemisch während dieser Zeitdauer durch den bei dem Kompressionstakt befindlichen Zylinder nicht eingeschlossen werden kann. Daher ist es erforderlich, dass die Maschinenstoppposition bei einem Punkt liegt, nachdem das Einlassventil des sich bei dem Kompressionstakt befindenden Zylinders nach dem Anhalten geschlossen ist.
In einer Maschine, bei der ein variabler Ventilmechanismus (variabler Ventilzeitsteuerungsmechanismus, variabler Ventilbewegungsmechanismus) vorgesehen ist, wird der Schließpunkt des Einlassventils gemäß der variablen Ventilsteuerung geändert. Die Maschinenstoppposition kann daher in Verbindung mit dem Schließpunkt des Einlassventils gesteuert werden, oder es kann die Maschinenstoppposition zum Erreichen des Punkts nach dem langsamsten Punkt innerhalb des variablen Bereichs des Schließpunkts des Einlassventils nach dem Anhalten gesteuert werden.
Wird ferner die Maschine bei der Position angehalten, bei der der Kompressionsdruck des Luft-Brennstoffgemisches in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt groß wird (die Position, bei der sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts befindet), auch nach dem Schließpunkt des Einlassventils des bei dem Kompressionstakt befindlichen Zylinders nach dem Anhalten, erfolgt ein Austreten des Luft-Brennstoffgemisches aus dem Spalt zwischen dem Kolben und der inneren Wand des Zylinders innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer, nachdem die Maschine angehalten ist. Dieses Austreten vermindert den Kompressionsdruck oder vermindert den Anstiegsbetrag des Kolbens zu dem oberen Totpunkt bei dem nächsten Starten, sodass das Luft-Brennstoffgemisch in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt nicht in befriedigender Weise komprimiert werden kann. Im Ergebnis kann die erste Explosion ausfallen oder es wird ein Ein-Kompressionsstarten infolge eines Mangels an Kompressionsdruck für die erste Explosion fehlschlagen.
7 zeigt eine graphische Darstellung, bei der die Beziehung zwischen einem Vergrößerungsbetrag der Drehzahl der Maschine durch die erste Explosion und der Maschinenstartposition angegeben ist. Dieses Beispiel zeigt, dass der Vergrößerungsbetrag der Drehzahl der Maschine durch die erste Explosion ausreichend groß ist vor dem Punkt, bei dem die Maschinenstoppposition bei 100°CA vor dem oberen Totpunkt (BTDC) liegt, sodass ein Ein-Kompressionsstarten möglich ist, während der Vergrößerungsbetrag der Umdrehung der Maschine durch die erste Explosion schnell nach 100°CA vor dem oberen Totpunkt vermindert wird, was zu einem Fehlschlagen des Ein-Kompressionsstartens führt. Es ist somit erforderlich, die Maschinenstoppposition vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel (im vorliegenden Ausführungsbeispiel vor 100°CA vor dem oberen Totpunkt), der den Kompressionsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sicherstellen kann, zu Steuern. Entsprechend dieser Steuerung kann die Maschinenstoppposition in der Weise gesteuert werden, dass Sie eine Position annimmt, bei der der Kompressionsdruck des Luft-Brennstoffgemisches in dem bei dem Kompressionstakt befindlichen Zylinder niedrig ist (die Position, bei der der Anstiegsbetrag des Kolbens zu dem oberen Totpunkt bei dem nächsten Starten sichergestellt werden kann). Zur Durchführung der Zündung für ein Ein-Kompressionsstarten ist es erforderlich, dass die Bezugszündposition vor 90°CA vor dem oberen Totpunkt (BTDC) ermittelt wird. Diese Bedingung zur Erfassung der Zündbezugsposition (bei 90°CA vor dem oberen Totpunkt) kann erfüllt werden durch eine Steuerung der Maschinenstoppposition, dass diese sich vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel befindet, der den Verbrennungsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sicherstellen kann.
Nachdem der sich bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindende Zylinder während des Vorgangs zum Anhalten der Maschine vorausgesagt ist, wird ein für die erste Explosion erforderlicher Brennstoff bei dem nächsten Starten in den Zylinder eingespritzt, der als bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindlich vorausgesagt ist, während des Ansaugtakts unmittelbar vor dem Anhalten (vorzugsweise wenn der Ansaugtakt gestartet ist oder während einer Zeitdauer unmittelbar davor), und es wird das ISC-Ventil 17 vollständig zum Vergrößern der Ansaugluftströmungsenge geöffnet. Entsprechend dieser Anordnung wird der Kompressionsdruck in dem bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindliche Zylinder vergrößert und es wird die Maschine angehalten, wobei das Luft-Brennstoffgemisch in dem bei dem Kompressionstakt befindlichen Zylinder nach dem Anhalten eingeschlossen wird.
Nachstehend wird nun eine Startsteuerung für ein Ein-Kompressionsstarten unter Verwendung der Zeitverlaufsdarstellung in 8 veranschaulicht. In diesem Beispiel erfolgt die Zündreihenfolge entsprechend der Zylinderreihenfolge #1 Zylinder → #3 Zylinder → #4 Zylinder → #2 Zylinder, wobei der Zylinder bestimmt und der obere Totpunkt (TDC) bewertet wird auf der Basis der Beziehung zwischen dem kontinuierlichen zahnlosen Bereich und dem Bereich mit einem fehlenden Zahn des Kurbelwinkelsignals und dem Puls des Nockenwinkelsignals. In dem in 8 veranschaulichten Beispiel ist der Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Leerlaufstopp der Zylinder #3, und die Maschine wird mit einem in dem Zylinder #3 eingeschlossenen Luft-Brennstoffgemisch (Brennstoff) angehalten.
Liegt eine vorbestimmte automatische Startbedingung durch eine Betätigung eines Beschleunigungspedals durch den Fahrer vor, wenn die Maschine durch einen Leerlaufstopp angehalten ist, dann wird das Startersignal eingeschaltet zum Beginnen des Anlassens. Danach wird beispielsweise 5°CA vor dem oberen Totpunkt (entsprechend dem kontinuierlichen zahnlosen Bereich des Kurbelwinkelsignals) des Zylinders #3, der sich bei dem Kompressionstakt nach dem Leerlaufstopp befindet, zur Vervollständigung der Zylinderbestimmung ermittelt. Bei dem Punkt, zu dem der obere Kompressionstotpunkt ermittelt wird, wird der Zylinder #3 bei dem Kompressionstakt zur Erzeugung der ersten Explosion und zur Durchführung des Ein-Kompressionsstartens gezündet. In diesem Fall wird Brennstoff in den Zylinder #4 eingespritzt, der als nächstes nach dem zuerst gezündeten Zylinder #3 gezündet wird, mittels einer asynchronen Einspritzung, wenn der Starter das Beginnen des Anlassens bewirkt, wobei die Zündung zum Bewirken einer kontinuierlichen Explosion in der Reihenfolge des Zylinders #3 und des Zylinders #4 erfolgt. Nach der Vervollständigung der Zylinderbestimmung wird eine synchrone Einspritzung durchgeführt zum Einspritzen von Brennstoff in Synchronismus mit dem Ansaugtakt jedes Zylinders.
Die Steuerung bezüglich eines Ein-Kompressionsstartens nach dem Anhalten der Maschine und wenn die Maschine erneut gestartet wird, wie es vorstehend beschrieben ist, wird entsprechend jedem der in den 1 bis 11 angegebenen und mittels der Steuerungseinheit (ECU) 30 verarbeiteten Programme durchgeführt. Die Verarbeitung jedes Programms wird nachstehend veranschaulicht.
[Maschinenstoppsteuerungsprogramm]
Das Maschinenstoppsteuerungsprogramm gemäß 9 wird beispielsweise bei jedem oberen Totpunkt TDC verarbeitet. Wird dieses Programm aktiviert, dann wird zuerst in Schritt 100 bestimmt, ob das Leerlaufstoppsignal eingeschaltet ist oder nicht. Ist das Leerlaufstoppsignal ausgeschaltet, dann endet das Programm ohne Verarbeitung des nachfolgenden Ablaufs.
Ist demgegenüber das Leerlaufstoppsignal eingeschaltet, dann geht das Programm zu Schritt 101 über zum Beenden der Brennstoffeinspritzung und der Zündung zum automatischen Anhalten bzw. Stoppen der Maschine. Der Ablauf gemäß Schritt 100 und Schritt 101 dient als automatische Stoppeinrichtung in den Patentansprüchen. Das Programm geht danach zu Schritt 102 über zur Bestimmung, ob der Zählwert des TDC-Zählers Ctdc zum Zählen der Anzahl der Ereignisse (Male) des oberen Totpunkts während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert k TDC (von beispielsweise 1 oder 2) ist. Ist der Zählwert des TDC-Zählers Ctdc kleiner als der vorbestimmte Wert k TDC, dann endet das Programm ohne Durchführung des nachfolgenden Ablaufs. Dies liegt daran, dass die Maschinendrehzahl Ne unmittelbar vor dem Beenden der Brennstoffeinspritzung und der Zündung hoch ist, sodass es schwierig ist, den Parameter Cstop zum Hindern der Bewegung der Maschine in Verbindung mit einem stabilen Zustand zu bestimmen, und es damit ebenfalls schwierig ist, die Maschinenstoppposition in genauer Weise vorauszusagen.
Bei dem Punkt, bei dem der Zählwert des TDC-Zählers Ctdc nicht kleiner als der vorbestimmte Wert k TDC ist, geht sodann das Programm zu Schritt 103 über zur Bestimmung, ob eine Zylinderzustand-Bereits-Vorausgesagt-Marke XEG, wie sie nachstehend noch beschrieben wird, gleich "0" ist oder nicht, was bedeutet, dass der Zylinderzustand nach dem Anhalten der Maschine noch nicht vorausgesagt wurde. Ist die Bestimmung "JA" erfolgt (d.h. in dem Fall, dass die Zylinderzustand-Bereits-Vorausgesagt-Marke XEG = 0 ist), dann geht das Programm zu Schritt 104 zur Durchführung eines Zylinderzustandvoraussageprogramms nach dem Anhalten der Maschine gemäß der Darstellung in 10 und einer späteren Beschreibung, wobei der Zylinderzustand (der Zylinder bei dem Ansaugtakt CEGSTIN und der Zylinder bei dem Kompressionstakt CSTCMP) nach dem Anhalten der Maschine bestimmt wird, und es geht sodann das Programm zu Schritt 105. Wird in Schritt 103 die Bestimmung "NEIN" durchgeführt (in dem Fall mit der Zylinderzustand-Bereits-Vorausgesagt-Marke XEG = 1), dann wurde der Zylinderzustand nach dem Maschinenstopp bereits vorausgesagt, sodass das Programm zu Schritt 105 unter Auslassung des Schritts S104 übergeht.
Es wird in Schritt 105 bestimmt, ob die Zylinder-Zustand-Bereits-Vorausgesagt-Marke XEG = 1 ist oder nicht (der Zylinderzustand nach dem Anhalten der Maschine wurde bereits vorausgesagt). Ist die Bestimmung "NEIN", dann endet das Programm ohne Durchführung des nachfolgenden Ablaufs.
Wird andererseits bestimmt, dass die Zylinderzustand-Bereits-Vorausgesagt-Marke XEG = 1, dann wird bestimmt, dass der Zylinderzustand nach dem Anhalten der Maschine bereits vorausgesagt wurde, und es geht sodann das Programm zu Schritt 106 über, in dem bestimmt wird, ob der gegenwärtige Takt des Zylinders, der als der Zylinder mit dem Kompressionstakt CEGSTCMP nach dem Anhalten der Maschine bestimmt wurde, der Ansaugtakt unmittelbar vor dem Anhalten ist oder nicht. Ist dies nicht der Ansaugtakt unmittelbar vor dem Anhalten, dann endet das Programm ohne Durchführung des nachfolgenden Ablaufs. Ist es hingegen der Ansaugtakt unmittelbar vor dem Anhalten, dann geht das Programm zu Schritt 107, in welchem für die erste Explosion bei dem nächsten Starten erforderlicher Brennstoff in den Zylinder eingespritzt wird, der als der Zylinder bestimmt ist mit dem Kompressionstakt CEGSTCMP nach dem Starten der Maschine während des Ansaugtakts unmittelbar vor dem Anhalten (vorzugsweise wenn der Ansaugtakt beginnt oder in der Zeitdauer unmittelbar in dessen Nähe), und es wird das ISC-Ventil 17 vollständig zum Vergrößern der Ansaugluftmenge bei dem nächsten Schritt 108 geöffnet. Dies vergrößert den Kompressionsdruck des sich bei dem Kompressionstakt CEGSTCMP nachdem Anhalten befindlichen Zylinders zur Vergrößerung der Kraft zum Hindern der Drehung der Maschine, und folglich wird die Drehung der Maschine zwangsläufig beendet. Danach geht das Programm zu Schritt 109 zur Einstellung einer Kompressionsstarterlaubnismarke X1CMP auf "1", wobei hierdurch ein Ein-Kompressionsstarten erlaubt wird, und das Programm wird sodann beendet.
Dabei ist zu beachten, dass die Abläufe der Schritte 106 und 107 als Einrichtung zur Steuerung der Brennstoffeinspritzung nachdem Anhalten gemäß den Patentansprüchen dienen, und der Ablauf gemäß Schritt 108 als Stopppositionssteuerungseinrichtung gemäß den Patentansprüchen dient.
[Zylinderzustandvoraussageprogramm nach Maschinenstopp]
Das Zylinderzustandsvoraussageprogramm nach dem Anhalten der Maschine gemäß 10 ist ein bei Schritt 104 verarbeitetes Unterprogramm des Maschinenstoppsteuerungsprogramms gemäß 9, und dient als Einrichtung zur Voraussage eines Zylinders bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten gemäß den Patentansprüchen. Wird dieses Programm aktiviert, dann wird der Parameter Cstop, der die Bewegung der Maschinen behindert, zuerst aus Gleichung (5) unter Verwendung der Momentandrehzahl Ne(i – 1) und dem Wert TDC(i – 1) vom letzten Mal, und der Momentandrehzahl Ne(i) und dem gegenwärtigen Wert TDC(i) berechnet.
Das Programm geht sodann zu Schritt 202 zur Einstellung eines Anfangswerts "1" eines Voraussagenummernzählers j, der die Voraussagenummer der Momentandrehzahl zählt. In den Schritten 203, 204 und 205 wird sodann der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl Ne(i + j) bei dem zukünftigen Wert TDC(i + J) nach dem j-ten-Takt (j = 1 zu Beginn) wie folgt berechnet. Zuerst wird gemäß Schritt 203 bestimmt, ob die Beziehung Ne(i + j – 1)² ≥ Cstop gilt oder nicht. Ergibt die Bestimmung "JA", dann geht das Programm zu Schritt 204 zur Berechnung des vorausgesagten Werts der Momentandrehzahl Ne(i + j) bei dem zukünftigen Wert TDC(i + j) nach dem j-ten Takt unter Verwendung der Gleichung (6a).
In dem Fall von Ne(i + j – 1)² < Cstop geht andererseits das Programm zu Schritt 205 zur Einstellung des vorausgesagten Werts der Momentandrehzahl Ne(i – j) bei dem zukünftigen Wert TDC(i + j) nach dem j-ten Takt auf 0.
Bei dem nächsten Schritt 206 wird bestimmt, ob die Drehung der Maschine angehalten ist, sodass sie nicht in der Lage ist, über den zukünftigen Wert TDC(i + j) nach dem j-ten Takt hinauszugehen, durch Bestimmen, ob der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl Ne(i – j) bei dem zukünftigen Wert TDC(i – j) nach den j-ten Takt nicht größer als ein voreingestellter Stoppbestimmungswert Nj ist. Wird bestimmt, dass der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl Ne(i + j) bei dem zukünftigen Wert TDC(i + j) nach dem j-ten Takt größer als der Stoppbestimmungswert Nj als vorliegendes Ergebnis ist (es wird hierbei bestimmt, dass die Maschine sich weiterhin über den zukünftigen Wert TDC(i + j) nach dem j-ten Takt dreht), dann geht das Programm zu Schritt 207 zur Vergrößerung des Voraussagenummerzählers j um 1, und das Programm kehrt sodann zu den Abläufen der Schritte 203 bis 205 zurück zur wiederholten Durchführung des vorstehend beschriebenen Ablaufs.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Berechnung des vorausgesagten Werts der zukünftigen Momentangeschwindigkeit Ne(i + j) wiederholt, bis dieser Wert kleiner als der Stoppbestimmungswert Nj ist, wobei die zukünftige Momentandrehzahl Ne(i + j) sukzessive bei einem Intervall von TDC vorausgesagt wird.
Wird der vorausgesagte Wert der zukünftigen Momentandrehzahl NE(i + j) kleiner als der Stoppbestimmungswert Nj, dann wird bestimmt, dass die Maschine vor dem Wert TDC(i + j) der Momentandrehzahl Ne(i + j) anhält. Das Programm geht sodann zu Schritt 208 zur Speicherung des Zustands jedes Zylinders (des Zylinders bei dem Ansaugtakt CEGSTIN und des Zylinders bei dem Kompressionstakt CESTCMP) von dem zukünftigen Wert TDC(i + j) nach dem j-ten Takt, bei dem bestimmt wird, dass die Maschine angehalten ist, zu dem Wert TDC(i + j – 1), der unmittelbar vor dem zukünftigen Wert TDC(i + j) liegt, als der Information bezüglich der Maschinenstoppposition. Ist beispielsweise der vorausgesagte Wert der Momentandrehzahl Ne(i + 3) bei dem zukünftigen Wert TDC(i + 3) nach drei Takten bestimmt als kleiner als der Stoppbestimmungswert Nj, dann wird bestimmt, dass die Drehung der Maschine von dem zukünftigen Wert TDC(i + 2) nach zwei Takten zu dem zukünftige Wert TDC(i + 3) nach drei Takten angehalten ist, und der Tatzustand jedes Zylinders (des Zylinders mit dem Ansaugtakt CEGSTIN und dem Zylinder mit dem Kompressionstakt CISTCMP) von TDC(i + 2) bis TDC(i + 3) in dem Sicherungsspeicher RAM 32 oder dem Speicher als eine Information bezüglich der Maschinenstoppposition gespeichert. Danach geht das Programm zu Schritt 209 zur Einstellung des Zylinderzustand-Bereits-Vorausgesagt-Marke XEG "1", worauf das Programm endet.
[Ein-Kompressionsstarten-Steuerungsprogramm]
Das Ein-Kompressionsstartsteuerungsprogramm gemäß 11 wird wiederholt nach jeder vorbestimmten Zeitdauer (von beispielsweise 8 ms) während der Zeitdauer aktiviert, bei der die Leistungszufuhr zur elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 30 eingeschaltet ist, und dient als Startsteuerungseinrichtung gemäß den Patentansprüchen. Ist dieses Programm aktiviert, dann wird in Schritt 301 bestimmt, ob die Ein-Kompressionsstarterlaubnismarke X1CMP gleich "1" ist, was bedeutet, dass ein Ein-Kompressionsstarten erlaubt ist. Ergibt die Bestimmung "NEIN" dann geht das Programm zu Schritt 307 für eine Erlaubnis einer normalen Brennstoffeinspritzung und einer Zündung und zur Sperrung eines Ein-Kompressionsstartens.
Ist hingegen die Ein-Kompressionsstarterlaubnismarke X1CMP "1" gesetzt (das Ein-Kompressionsstarten ist erlaubt) dann geht das Programm zu Schritt 302 zur Bestimmung, ob das Startersignal eingeschaltet ist (Anlassen wird gestartet) oder nicht. Ist das Startersignal ausgeschaltet, dann wird das Programm ohne Verarbeitung der nachfolgenden Abläufe beendet. Ist hingegen das Startersignal eingeschaltet (das Anlassen ist gestartet), dann geht das Programm zu Schritt 303, wobei der Zylinder bei dem Ansaugtakt nach dem Starten des Anlassens CEGSTIN aus einer Information bezüglich der Maschinenstoppposition, die in dem Sicherungsspeicher RAM 32 oder RAM gespeichert ist, bestimmt wird, und es wird Brennstoff asynchron in den Zylinder bei dem Ansaugtakt CEGSTIN eingespritzt.
Das Programm geht sodann zu Schritt 304 zur Bestimmung, ob die erste obere Kompressionstotpunkt (TDC) nach dem Starten des Anlassens erfasst wurde oder nicht. Wurde der obere Kompressionstotpunkt (TDC) noch nicht erfasst, dann wird dieses Programm ohne Durchführung der nachfolgenden Abläufe beendet. Wurde jedoch bei diesem Punkt der erste obere Kompressionstotpunkt (TDC) ermittelt, dann geht das Programm zu Schritt 305, bei dem der Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Starten des Anlassens CESTCMP aus der Information bezüglich der in dem Sicherungsspeicher RAM 32 gespeicherten Maschinenstoppposition bestimmt wird, und es wird eine Zündung des Zylinders bei dem Kompressionstakt CESTCMP durchgeführt zum Bewirken einer ersten Explosion, um auf diese Weise ein Ein-Kompressionsstarten durchzuführen. Das Programm geht danach zu Schritt 306 zum Rücksetzen der Ein-Kompressionsstarterlaubnismarke X1 CMP, und das Programm ist damit beendet.
Bei diesem vorstehend veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird der Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine durch einen Leerlaufstopp vorausgesagt, und es wird Brennstoff in den Zylinder eingespritzt, der als der Zylinder vorausgesagt ist, der sich nach dem Anhalten bei dem Kompressionstakt befindet, während des Ansaugtakts unmittelbar vor dem Anhalten, wodurch die Maschine angehalten wird, bei der das angesaugte Luft-Brennstoffgemisch in Zylinder eingeschlossen wird, und es wird der bei dem Kompressionstakt befindliche Zylinder, in welchem das Luft-Brennstoffgemisch eingeschlossen ist, gezündet zum Bewirken einer ersten Explosion bei einem Neustart nach diesen Vorgängen. Somit kann die erste Explosion während einer kurzen Zeitdauer wie bei einem Takt von dem Starten des Anlassens erzeugt werden, wodurch ein Starten während einer kurzen Zeitdauer abgeschlossen werden kann. Im Unterschied zu einer asynchronen Einspritzung mit dem Starter wird ferner kein Brennstoff in den Zylinder eingespritzt, der nicht zu einer Verbrennung beiträgt, sodass kein Möglichkeit besteht, in Verbindung mit dem Starten die Abgasemission zu verschlechtern.
Ferner kann ein Kompressionsstarten, das nicht mittels eines bekannten Leerlaufstoppsystems erreicht werden kann, durch Anwenden der vorliegenden Erfindung bei den Leerlaufstoppsystemen wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwirklicht werden. Auf diese Weise kann eine Forderung nach einer Verkürzung der Startzeit erfüllt und der Eindruck einer Langsamkeit bei dem Neustarten für den Fahrer vermieden werden. Ferner kann das Geräusch infolge des Antriebsgeräusches des Starters vermindert werden, wodurch einer Forderung nach Geräuschdämpfung entsprochen werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Leerlaufstoppsystem beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls in den Fällen angewendet werden, bei denen ein Fahrer einen Zündschalter zum Anhalten (Stoppen) oder Starten der Maschine betätigt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Stopppositionssteuerung durchgeführt, bei der die Maschinenstoppposition in der Weise gesteuert wird, dass sie bei dem Punkt liegt, nachdem das Einlassventil des Zylinders, der sich nach dem Anhalten bei dem Kompressionstakt befindet, geschlossen ist und vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel, der einen Verbrennungsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sicherstellt. Somit kann in sicherer Weise ein Luft-Brennstoffgemisch in dem bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindlichen Zylinder eingeschlossen werden. Ferner kann auf diese Weise ein Austrittsverlust (Leckage) oder eine Verminderung des Luft-Brennstoffgemisches in dem Zylinder mit dem Kompressionstakt nach dem Anhalten der Maschine vermindert werden, und es kann das Luft-Brennstoffgemisch in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt bei dem nächsten Starten in ausreichender Weise komprimiert werden, sodass eine erste Explosion mit einem ausreichendem Verbrennungsdruck erzeugt werden kann. Die Erfindung kann jedoch auch in der Weise ausgestaltet sein, dass die Stopppositionssteuerung nicht durchgeführt wird. Hierbei wird lediglich in dem Fall, dass die Maschinenstoppposition in der Weise vorausgesagt ist, dass sie bei dem Punkt liegt, nachdem das Einlassventil des Zylinders der sich nach dem anhalten bei dem Kompressionstakt befindet, geschlossen ist und vor dem vorbestimmten Kurbelwinkel, der einen Verbrennungsdruck für die erste Explosion bei dem nächsten Starten sicherstellt, Brennstoff in den Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten eingespritzt, um das Luft-Brennstoffgemisch darin einzuschließen zur Durchführung eines Ein-Kompressionsstartens auf der Basis des vorausgesagten Ergebnisses der Maschinenstoppposition.
Auch in dem Fall, bei dem die Stopppositionssteuerung durchgeführt wird, kann ferner die Ansaugluftmenge in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt vergrößert werden unter Verwendung anderer Ansaugluftmengensteuerungseinrichtungen (beispielsweise eines elektronischen Drosselventils, eines variablen Ventilmechanismus oder dergleichen) an Stelle des ISC-Ventils 17. Ferner kann das Voraussageverfahren des Zylinders bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten in geeigneter Weise geändert werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Vierzylindermaschine beschränkt, sondern kann auch bei einer Maschine mit nicht mehr als drei Zylindern oder nicht weniger als fünf Zylindern angewendet werden. Es muss des Weiteren nicht erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Einlassrohreinspritzmaschine beschränkt ist, sondern auch auf ein Direkteinspritzmaschine oder eine Mager-Verbrennungsmaschine angewendet werden kann.
Die Erfindung betrifft somit eine Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung, die eine Voraussageeinrichtung, eine Steuerungseinrichtung und eine Startsteuerungseinrichtung aufweist. Die Voraussageeinrichtung trifft eine Voraussage bezüglich eines nachdem Anhalten bei einem Kompressionstakt befindlichen Zylinders während eines Ablaufs zum Anhalten der Maschine. Die Steuerungseinrichtung steuert eine Brennstoffeinspritzung nach dem Anhalten in der Weise, dass Brennstoff in den Zylinder während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine eingespritzt wird, um eine Luft-Brennstoffgemisch darin einzuschließen. Die Startsteuerungseinrichtung 30 zündet den Zylinder zur Erzeugung einer ersten Explosion zum Starten der Maschine.

Claims

Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung, mit: einer Voraussageeinrichtung (30) zum Voraussagen eines Zylinders bei einem Kompressionstakt nach einem Anhalten während eines Ablaufs zum Anhalten einer Maschine (11), einer Steuerungseinrichtung (30) um Steuern einer Brennstoffeinspritzung nach dem Anhalten zum Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine (11), um ein Luft-Brennstoffgemisch darin einzuschließen, und einer Startsteuerungseinrichtung (30) zum Zünden des Zylinders zur Erzeugung einer ersten Explosion zum Starten der Maschine (11) während eines Startvorgangs.
Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einer Stopppositionssteuerungseinrichtung (30) zum Steuern einer Maschinenstoppposition als eine Position in Übereinstimmung mit einem Punkt, nachdem ein Einlassventil (14) des nach dem Anhalten bei dem Kompressionstakt befindlichen Zylinders geschlossen ist und vor dem Ablauf eines vorbestimmten Kurbelwinkels zur Sicherstellung eines Verbrennungsdrucks für die erste Explosion eines nachfolgenden Startvorgangs.
Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei während des Ablaufs zum Anhalten der Maschine (11) die Voraussageeinrichtung (30) einen Bewegungsparameter (Ne) zur Angabe der Bewegung der Maschine (11) berechnet, einen Hinderungsparameter (Cstop), der die Bewegung der Maschine (11) hindert, berechnet, einen Zukunftsparameter zur Angabe einer zukünftigen Bewegung der Maschine auf der Basis der Bewegung (Ne) und des Hinderungsparameters (Cstop) voraussagt, und den Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten auf der Basis des vorausgesagten Werts des Zukunftsparameters voraussagt.
Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Voraussageeinrichtung (30) eine zukünftige Momentanmaschinendrehzahl (Ne) als den Zukunftsparameter voraussagt, und in dem Fall, dass die zukünftige Momentanmaschinendrehzahl (Ne) kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, die Voraussageeinrichtung (30) voraussagt, dass die Drehung der Maschine (11) mit dem Taktzustand jedes Zylinders angehalten wird.
Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stopppositionssteuerungseinrichtung (30) eine Ansaugluftmenge vergrößert, während der Zylinder, für den durch die Voraussageeinrichtung (30) vorausgesagt ist, dass er bei dem Kompressionstakt anhält, sich in einem Ansaugtakt unmittelbar vor dem Anhalten der Maschine (11) befindet, und der Kompressionsdruck in dem Zylinder bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten auf diese Weise zum Anhalten der Drehung der Maschine (11) vergrößert wird.
Maschinenstopp- und Maschinenstart-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit: einer Automatikstoppeinrichtung (30) zum Beenden der Brennstoffeinspritzung und der Zündung zum Anhalten der Drehung der Maschine (11), wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung während des Leerlaufs vorliegt, wobei die Voraussage des Zylinders, der sich bei dem Kompressionstakt befindet, durch die Voraussageeinrichtung (30) und die Brennstoffeinspritzsteuerung nach dem Anhalten durch die Steuerungseinrichtung (30) durchgeführt werden, wenn die Maschine (11) mittels der Automatikstoppeinrichtung (30) angehalten wird, und die Startsteuerungseinrichtung (30) die Startsteuerung beginnt, wenn eine vorbestimmte automatische Startbedingung vorliegt, während die Maschine (11) mittels der Automatikstoppeinrichtung (30) angehalten ist, und den Zylinder, der sich bei dem Kompressionstakt nach dem Anhalten befindet, zur Erzeugung der ersten Explosion zum Neustarten der Maschine (11) zündet.