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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Beim
Betrieb einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug entstehen im
Antriebsstrang Torsionsschwingungen, die störende Geräusche und Vibrationen verursachen
können.
Es ist bekannt, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 28 268 A1 ,
in einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zwischen Brennkraftmaschine
und Getriebe einen Drehschwingungsdämpfer zwischenzuschalten, um derartige
Torsionsschwingungen zu eliminieren oder wenigstens auf ein nicht
mehr merkliches Maß zu
reduzieren. In der Regel sind derartige Drehschwingungsdämpfer, wie
dies auch in der genannten Druckschrift der Fall und dort ausführlich beschrieben
ist, heutzutage als Zweimassenschwungrad (ZMS) aufgeführt.
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In
der Regel ist ein solcher Drehschwingungsdämpfer oder ein solches Zweimassenschwungrad
derart ausgelegt, dass seine Eigen- oder Resonanzfrequenz unterhalb
der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine auftritt; dies ist beispielsweise
in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 38 23 384 A1 ausführlich beschrieben. Beim Startvorgang
mit ansteigenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine lässt es sich
jedoch nicht umgehen, dass sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine
in einem kritischen Frequenzbereich bewegt, welcher der Resonanzfrequenz
oder dem Resonanzfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers oder
des Zweimassenschwungrades entspricht. Da diese Resonanzfrequenz
oder dieser Resonanzfrequenzbereich bei einem normalen Startvorgang
der Brennkraftmaschine zügig
durchschritten wird, entsteht daraus keine Gefahr für den Drehschwingungsdämpfer oder das
Zweimassenschwungrad.
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Wird
bei einem Startvorgang jedoch der Startvorgang abgebrochen, bevor
die Brennkraftmaschine ihre Nennleerlaufdrehzahl erreicht hat, besteht
die Gefahr, dass die Brennkraftmaschine zwar zündet, jedoch mit sehr wenig Überschussmoment den
Resonanzfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers, die üblicherweise
im Bereich zwischen 200 und 400 1/min liegt, durchläuft. Dies
kann dann dazu führen,
dass die Brennkraftmaschine den Resonanzfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers nicht überwinden
kann, sondern darin „hängen bleibt".
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Um
ein derartiges "hängen bleiben" der Brennkraftmaschine
innerhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Drehschwingungsdämpfers zu verhindern,
müssen
Vorrichtungen wie Reibsteuerscheiben in den Drehschwingungsdämpfer oder
in das Zweimassenschwungrad eingebaut werden, um eine hohe Dämpfung zu
erzeugen und eine sonst drohende mechanische Zerstörung des
ZMS oder des Drehschwingungsdämpfers
zu vermeiden.
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Diese
hohe Dämpfung
oder sogar Kopplung der ZMS-Massen verhindern jedoch effektive Schwingungsdämpfung im
Drehzahlbereich zwischen 1500 und 2500 1/min oder machen dafür kostenaufwendige
Zusatzmaßnahmen
wie reibungsfreie Federn, mehrstufige Dämpfer, Fliehkraftbremsen oder
aktive Bremsen erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Starten
einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug anzugeben, mit dem
ein zuverlässiger
und gefahrloser Startvorgang der Brennkraftmaschine gewährleistet
ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen.
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Beim
Patentanspruchs 1 handelt es sich um ein Verfahren zum Starten einer
Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug
in einem Antriebsstrang die Brennkraftmaschine, ein nachgeschaltetes
Getriebe und einen zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe geschalteten Drehschwingungsdämpfer aufweist.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass ein Startvorgang der Brennkraftmaschine von einem Fahrer nicht
abgebrochen werden kann, wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine
in einem kritischen Frequenzbereich bewegt, der dem Resonanzfrequenzbereich
des Drehschwingungsdämpfers
entspricht.
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Die
Vorteile der Erfindung ergeben sich hauptsächlich daraus, dass ein vorzeitiger
Abbruch des Startvorgangs der Brennkraftmaschine durch einen Fahrer
nicht mehr möglich
ist. Somit ist gewährleistet,
dass der Startvorgang der Brennkraftmaschine solange aufrechterhalten
wird und solange nicht abgebrochen werden kann, bis die Brennkraftmaschine
eine unkritische Drehzahl, beispielsweise ihre Nenndrehzahl, die
außerhalb
des Resonanzfrequenzbereiches des Drehschwingungsdämpfers liegt,
erreicht hat. Die Gefahr des „hängen bleibens" der Brennkraftmaschine
im Resonanzfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers und eine daraus folgende
mögliche
Beschädigung
des Drehschwingungsdämpfers
oder des Zweimassenschwungrades sind dadurch ausgeschlossen.
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Damit
können
auch beim Drehschwingungsdämpfer
oder beim Zweimassenschwungrad kostenintensive Vorrichtungen wie
antriebstrangselektive Reibsteuerscheiben, Kupplungen oder Tilger,
die ein Anregen des Drehschwingungsdämpfers oder des Zweimassenschwungrades
in seinem Resonanzfrequenzbereich verhindern sollen, entfallen.
Somit kann die durch diese Vorrichtungen (bewusst) verursachte hohe
(Reibungs-) Dämpfung
des Drehschwingungsdämpfers
oder des Zweimassenschwungrades vermieden und eine wesentlich niedrigere
Dämpfung eingestellt
werden, was den Wirkungsgrad des betreffenden Antriebsstranges erhöht.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch
2 wird vorgeschlagen, dass der Startvorgang der Brennkraftmaschine
vom Fahrer initiiert und beim Überschreiten
einer vorgebbaren Drehzahlschwelle der Brennkraftmaschine im weiteren
zeitlichen Verlauf von einem Steuergerät ein automatischer Startvorgang
durchgeführt
und überwacht
wird.
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Die
zur Durchführung
und Überwachung
des Startvorganges der Brennkraftmaschine erforderlichen Funktionsblöcke sind
nicht allzu umfangreich, so dass sie leicht in den Algorithmus eines
ohnehin vorhandenen (Motor-) Steuergerätes implementiert werden können. Eine
zusätzliche
Elektronikeinheit erübrigt
sich dadurch.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch
3 ist vorgesehen, dass in diesem Steuergerät Funktionsblöcke mit
Abfragen und Schutzmechanismen abgelegt sind und während des
automatischen Startvorganges abgearbeitet werden, die eine Beschädigung des
Drehschwingungsdämpfers
oder des Zweimassenschwungrades und ein (ungewolltes) Anfahren des Fahrzeugs
während
des Startvorganges der Brennkraftmaschine verhindern.
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Dadurch,
dass der Startvorgang der Brennkraftmaschine zwar noch vom Fahrer,
beispielsweise durch Drehen eines Zündschlüssels in eine Stellung „Start", initiiert, aber
alles weitere während
des Startvorganges zum Schutz des Antriebsstranges von einem Steuergerät durchgeführt und überwacht
wird, hat der Fahrer keine Möglichkeit
mehr, einen Startvorgang der Brennkraftmaschine abzubrechen, wenn er
beispielsweise merkt, dass das Fahrzeug nicht gegen ein ungewolltes
Anfahren gesichert ist.
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Durch
die Merkmale dieses Anspruchs ist sichergestellt, dass auch ohne
eine Eingriffsmöglichkeit
des Fahrers eine mögliche
Beschädigung
des Antriebsstranges und ein ungewolltes oder unbeabsichtigtes Anfahren
beim Startvorgang der Brennkraftmaschine zuverlässig ausgeschlossen sind.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
der Erfindung ist nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der
automatische Startvorgang der Brennkraftmaschine vom Steuergerät abgebrochen
wird, wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine länger als eine
vorbestimmbare Zeitdauer in einem Resonanzfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers bewegt.
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Auch
ohne manuelles Abbrechen eines Startvorganges der Brennkraftmaschine
können
Situationen auftreten, die dazu führen, dass die Brennkraftmaschine
zu lange im kritischen Drehzahlbereich, der dem Resonanzfrequenzbereich
des Drehschwingungsdämpfers
entspricht, „hängen bleibt", zum Beispiel bei
zu niedrigen Drehzahlen beim Startvorgang der Brennkraftmaschine
aufgrund eines nicht mehr voll leistungsfähigen Fahrzeugakkus („Autobatterie").
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Dieses „hängen bleiben" kann zuverlässig verhindert
werden, indem beim Überschreiten
einer im Steuergerät
hinterlegten, vergleichsweise kurzen Zeitschwelle der Startvorgang
abgebrochen wird, um zu verhindern, dass der Drehschwingungsdämpfer mit
einer Frequenz angeregt wird, die seiner Resonanzfrequenz entspricht.
Dadurch wird zuverlässig möglicher
Schaden vom Antriebsstrang ferngehalten.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung oder den Figuren angegeben.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme
der Zeichnung erläutert.
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Dabei
zeigt die einzige Figur ein Ablauf- oder Flussdiagramm mit einzelnen
Aktionen, die eine mögliche
Beschädigung
des Antriebsstranges und ein ungewolltes oder unbeabsichtigtes Anfahren beim
Startvorgang der Brennkraftmaschine zuverlässig ausschließen.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere für den Startvorgang einer Brennkraftmaschine
in einem Fahrzeug.
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Die
Fig. zeigt für
eine Routine eines automatischen Startvorganges ein Ablauf- oder
Flussdiagramm 1, mit Aktionen und Überprüfungen, die während eines
Startvorganges einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug vorgenommen
oder veranlasst werden, um eine mögliche Beschädigung des
Antriebsstranges und ein ungewolltes oder unbeabsichtigtes Anfahren
beim Startvorgang der Brennkraftmaschine zuverlässig auszuschließen.
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Die
mit Blöcken
symbolisierten Vorgänge oder
Aktionen sind seriell dargestellt, sie können in Wirklichkeit jedoch
zeitlich nacheinander oder gleichzeitig, zudem einzeln oder in Kombination
und in jeder sinnvollen Reihenfolge veranlasst und durchgeführt werden.
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Der
Startvorgang der Brennkraftmaschine beginnt in einem Block 2,
wenn ein Fahrer den Startvorgang der Brennkraftmaschine beispielsweise durch
Drehen eines Zündschlüssels in
eine Stellung „Start" oder durch Drücken eines
Startknopfes initiiert. In einem Block 3 wird überprüft, ob die
Brennkraftmaschine zündfähig ist.
Solange die Brennkraftmaschine noch nicht zündfähig ist, kann der Startvorgang
vom Fahrer noch abgebrochen werden, beispielsweise durch Zurückdrehen
des Zündschlüssels in
eine Stellung „Fahrt" oder durch Betätigen eines dementsprechenden
anderen Schalters.
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Ein
derartiges Abbrechen eines Startvorganges ist ohne Probleme möglich, da
ein „hängen bleiben" der Brennkraftmaschine
in der Resonanzfrequenz eines Drehschwingungsdämpfers oder eines Zweimassenschwungrades
bei noch nicht zündfähiger Brennkraftmaschine
ausgeschlossen ist. Denkbar ist auch, anstelle oder zusätzlich im
Block 3 eine Zeitschwelle für die Möglichkeit eines Startabbruchs durch
den Fahrer zu setzen, so dass bei Überschreiten dieser Zeitschwelle
ein automatischer Startvorgang vorgenommen wird und ein Startabbruch
durch den Fahrer nicht mehr möglich
ist.
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In
einem Block 4 wird für
einen automatischen Startvorgang, bei dem der Fahrer den Startvorgang
nicht mehr abbrechen kann, eine weitere Zeitschwelle für die maximale
Zeitdauer eines automatischen Startvorganges durch ein Steuergerät gesetzt.
Ein automatischer Startvorgang dauert solange an, bis die Brennkraftmaschine
zündfähig ist
und ihre Nennleerlaufdrehzahl erreicht hat.
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Solange
die Zeitschwelle für
die maximale Zeitdauer eines automatischen Startvorganges noch nicht überschritten
ist, werden die in anderen Blöcken symbolisierten
Aktionen vorgenommen oder veranlasst, um einen automatischen Startvorgang
der Brennkraftmaschine durchzuführen.
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Diese
Zeitschwelle für
die maximale Zeitdauer eines automatischen Startvorganges dient
der Sicherheit, das heißt
dem Verhindern eines ungewollten Anfahrens oder Wegrollen des Fahrzeugs,
und zur Schonung der Brennkraftmaschine und ihren Komponenten wie
zum Beispiel dem Anlasser, ebenso des Drehschwingungsdämpfers oder
des Zweimassenschwungrades, wenn beispielsweise ein technischer
Defekt vorliegt. Nach Überschreiten
dieser Zeitschwelle werden alle Aktionen für einen automatischen Startvorgang
gestoppt und der automatische Startvorgang vom Steuergerät abgebrochen.
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In
einem Block 5 wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine
abgefragt. Überschreitet
die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen im Steuergerät hinterlegten
Wert für
die beim automatischen Startvorgang der Brennkraftmaschine zulässige Höchstdrehzahl,
wird der automatische Startvorgang sofort abgebrochen.
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Dieser
Zustand kann auftreten, wenn beispielsweise ein technischer Defekt
vorliegt. Diese Maßnahme
des Startabbruchs dient ebenso wie die im Block 4 der Sicherheit
und zur Schonung der Brennkraftmaschine und anderer Teile des Antriebsstranges.
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In
einem Block 6 wird wiederum die Drehzahl der Brennkraftmaschine
abgefragt. Erreicht oder überschreitet
die Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere innerhalb einer
bestimmten Zeitdauer, beim automatischen Startvorgang einen im Steuergerät hinterlegten
Wert für
die beim automatischen Startvorgang der Brennkraftmaschine zulässige niedrigste Drehzahl
nicht, wird der automatische Startvorgang abgebrochen.
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Dieser
Zustand, dass eine bestimmte Mindestdrehzahl, insbesondere innerhalb
einer bestimmten Zeitdauer nicht erreicht wird, kann davon herrühren, dass
die Brennkraftmaschine nicht zündfähig ist,
zum Beispiel aufgrund eines technischen Defektes oder aus einem
anderen Grund. Es würde daher
keinen Sinn machen, den Startvorgang weiterhin durchzuführen.
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In
einem Block 7 wird, wenn das Fahrzeug ein Schaltgetriebe
mit einer (Anfahr-) Kupplung aufweist, ein Schalter oder Sensor
an der Anfahrkupplung abgefragt. Die Abfrage eines solchen Kupplungsschalters
oder Kupplungssensors gibt Auskunft darüber, ob die Kupplung in einer
geschlossenen oder geöffneten
Position ist. Bei ganz oder teilweise geschlossener Position der
Kupplung, wenn also eine Momentenübertragung von der Brennkraftmaschine
auf das nachgeschaltete Getriebe möglich ist, wird der automatische
Startvorgang aus Sicherheitsgründen
vom Steuergerät
sofort abgebrochen, um ein (ungewolltes) Anfahren des Fahrzeugs
zu vermeiden.
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In
einem Block 8 erfolgt, wenn das Fahrzeug ein Schaltgetriebe
aufweist, eine Abfrage eines Gang- oder Gassensensors. Ein solcher
Gang- oder Gassensensor zeigt an, ob sich das Getriebe in einer Neutralstellung
befindet, so dass kein Moment von der Brennkraftmaschine auf Antriebsräder übertragen
werden kann, oder ob im Getriebe ein Gang eingelegt ist. Zeigt der
Gang- oder Gassensensor an, dass ein Gang eingelegt ist, wird der
automatische Startvorgang aus Sicherheitsgründen vom Steuergerät ebenfalls
sofort abgebrochen, um ein (ungewolltes) Anfahren des Fahrzeugs
zu vermeiden.
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Ein
Block 9 symbolisiert die Abfrage eines sogenannten Antriebswellensensors,
also eines Sensors, der die Drehzahl einer Antriebswelle erfasst. Wird
zu einem beliebigen Zeitpunkt des automatischen Startvorganges eine
Drehzahl ungleich Null an einer Antriebswelle erkannt, so wird auch
in diesem Fall aus Sicherheitsgründen
der Startvorgang sofort vom Steuergerät abgebrochen.
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Ebenso
verhält
es sich in einem Block 10, der eine Abfrage von Radsensoren
symbolisiert. Insbesondere Sicherheitssysteme wie Antiblockier-,
Antischlupfregelungs- oder andere Systeme wie Fahrerassistenzsysteme
erfassen beispielsweise mittels Raddrehzahlsensoren, ob und mit
welcher Drehzahl sich ein angetriebenes oder auch ein antriebsloses Fahrzeugrad
dreht. Wird zu einem beliebigen Zeitpunkt des automatischen Startvorganges
eine Drehzahl ungleich Null an einem Fahrzeugrad erfasst, so wird
ebenfalls aus Sicherheitsgründen
der Startvorgang sofort vom Steuergerät abgebrochen.
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In
einem Block 11 wird ein Zustand einer vom Fahrer mittels
eines Bremspedal betätigten
Betriebsbremse des Fahrzeugs abgefragt. Es kann aus Sicherheitsgründen sinnvoll
sein, nur bei betätigter
Betriebsbremse einen durch das Steuergerät ausgeführten automatischen Startvorgang
freizugeben, um ein Wegrollen oder Anfahren des Fahrzeugs während des
Startvorganges zuverlässig
zu verhindern. Im anderen Fall, bei unbetätigter Betriebsbremse, wird
ein Startvorgang vom Steuergerät
verweigert und gegebenenfalls der Fahrer auf sinnvolle Weise darüber informiert.
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Geeignet
für eine
derartige Abfrage einer betätigten
oder unbetätigten
Betriebsbremse sind zum Beispiel ein Drucksensor im hydraulischen
Bremssystem, ein Sensor zur Erfassung der Position des Bremspedals
(Pedalsensor) oder im einfachsten Fall ein Bremslichtschalter.
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Zu
den hier beispielhaft dargestellten und erläuterten Funktionsblöcken können weitere
Aktionen hinzukommen, wie z.B. Abfragen, die zu einem geeigneten
Zeitpunkt den Zustand des Fahrzeugs oder seiner Komponenten beispielsweise
mittels Sensoren feststellen, oder wie z.B. Entscheidungen im Steuergerät, die aufgrund
des festgestellten Zustandes des Fahrzeugs oder seiner Komponenten
und anhand von Kriterien, die im Steuergerät hinterlegt sind, einen automatischen
Startvorgang entweder freigeben oder verhindern.
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In
jedem der Blöcke 3 bis 11 und
gegebenenfalls auch in weiteren, hier nicht dargestellten Blöcken ist
ein Abbruchkriterium vorhanden. Ist wenigstens eines dieser Abbruchkriterien
erfüllt,
wird sofort zu einem Block 12 verzweigt. In diesem Block 12 wird vom
Steuergerät
der automatische Startvorgang verweigert oder abgebrochen, also
beispielsweise der Anlasser nicht eingeschaltet oder sofort ausgeschaltet,
die Kraftstoffzufuhr freigegeben oder sofort gesperrt, der Zündstromkreis
eingeschaltet oder sofort ausgeschaltet und anderes mehr.
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Sind
alle diese Aktionen zum Verweigern oder Abbrechen eines automatischen
Startvorganges durchgeführt,
wird in einem Block 13 diese Routine des automatischen
Startvorganges beendet.