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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln und Einstellen der
Abstellposition der Kurbelwelle beim Motorumlauf gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 und ein entsprechend ausgebildetes Steuergerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 11.
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Zum
Beispiel beim so genannten Start-Stopp-Betrieb eines Kraftfahrzeugs
ist es wünschenswert,
dessen Verbrennungsmotor zu stoppen, sobald das Kraftfahrzeug vom
Fahrer abgebremst wird und stehen bleibt, und erst wieder neu zu
starten, wenn der Fahrer weiter fahren möchte. Dieser Start-Stopp-Betrieb
des Verbrennungsmotors dient dazu, den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs
zu senken. Für
den Start-Stopp-Betrieb wird ein schnelleres Wiederanlassen des
Motors als beim heutigen, gewohnten Motorstart gefordert, um einen
verbesserten Komfort für
den Fahrer sowie eine zügigere Weiterfahrt
nach einem Motorstopp bzw. Motoraus bei Fahrzeugstillstand bereitstellen
zu können.
Um die Startzeiten zu verbessern, wird insbesondere die Einspritzung
des Kraftstoffs für
den jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors und dessen Zündung vorauseilend
bereits vor der Synchronisation, also vor dem ersten Erkennen einer
vorgegebenen Zahnlücke
zwischen den in Umfangsrichtung äquidistant aufeinanderfolgenden
Zähnen
eines Geberrades vorgenommen, das auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
aufsitzt. Ein derartiges Geberrad zur Erfassung von Drehzahl und
Winkelstellung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ist beispielsweise
in der
DE 103 59 927
A1 angegeben. Seine Zahnlücke dient dabei der Kennzeichnung
einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle. Sie ist lediglich
in einer von zwei in Umfangsrichtung verlaufenden Spuren vorgesehen,
die in regelmäßigen Abständen Zähne als
Winkelmarken aufweisen. Mit Hilfe zweier in Umfangsrichtung zueinander
versetzter Sensoren lässt
sich dann die Drehrichtung des Geberrades mittels einer entsprechenden
Auswerteschaltung ermitteln. Eine derartige Messanordnung kann aber
unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten zu aufwendig, zu
kompliziert und zu fehleranfällig
sein.
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Beim
Abstellverfahren der älteren,
nachveröffentlichten
DE 10 2004 058 774
A1 wird die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine derart
abgebremst, dass sie eine Ruhelage beim Zielwinkel von etwa 100° bis 107° nach einem
Expansions-OT eines Zylinders einnimmt.
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Beim
Stopppositionsverfahren der
DE 10 2004 004 078 A1 wird eine Drehrichtung
der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels eines Motorwinkelsensors
geschätzt,
auch wenn die Brennkraftmaschine in Rückwärtsrichtung während des
Stoppens gedreht wird.
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Beim
Start-Stopp-Betrieb der
DE
103 10 301 A1 wird ein Auspendelverfahren für die Kurbelwelle eines
Verbrennungsmotors angegeben, bei dem die potentielle Energie des
Verbrennungsmotors durch innermotorische oder außermotorische Maßnahmen wie
z. B. mit Hilfe eines Startergenerators korrigiert wird, um die
Kurbelwelle in eine für
den Start günstige
Auspendel-Endposition
vorzugsweise zwischen 70° und
110° nach
OT zu bringen.
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Beim
Kurbelwellen-Positionsverfahren für ein Hybrid-Fahrzeug der
DE 102 01 278 A1 werden in
einem Vorpositionierungs-Steuerzyklus
mittels eines Codiererrads die Kurbelwellendrehorientierung der
Kurbelwelle des Hybrid-Fahrzeugs
und mittels eines optischen Codierers die Drehorientierung der Kurbelwelle
detektiert.
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Die
DE 101 23 037 A1 sieht
zur Vermeidung von Drehschwankungen beim Abstellen einer Brennkraftmaschine
Mittel vor, die ein variables Drehmoment liefern. Dabei wird die
Kurbelwelle in eine Vorzugslage abgestellt, die einen leichten Neustart
der Brennkraftmaschine gewährleistet.
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Beim
Abstellverfahren der
DE
100 30 001 A1 wird die Brennkraftmaschine vorzugsweise
so positioniert, dass beim darauffolgenden Start unmittelbar nach
der Entprellung des Kurbelwellensignals, also nach Erhalt eines
auswertbaren Kurbelwellensignals auf Zeit- und Winkelbasis die Bezugsmarke
des Geberrades zur Verifizierung der aktuellen Winkelposition anliegt.
Dadurch kann im nächsten
Startvorgang die Synchronisation der Brennkraftmaschine, also die
Zuordnung von Kurbelzur Nockenwelle, anhand der Bezugsmarke sofort
erfolgen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein Steuergerät bereitzustellen,
mit denen bezüglich
der Hubphasen der Kolben von ein oder mehreren Zylindern eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
die Abstellposition dessen Kurbelwelle nach einem Motoraus bzw.
Motorstopp einfacher und genauer ermittelt und ohne Rückdrehen
eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren
gemäß dem Anspruch
1 und das Steuergerät
gemäß dem Anspruch
11 gelöst.
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Verfahren
zum Ermitteln der Abstellposition der Kurbelwelle beim Motorauslauf
eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, indem
- – mittels
eines Steuergeräts
ermittelt wird, welcher Zylinder des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
sich nach dem Ausschalten des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors beim
Auslaufen dessen rotierenden Kurbelwelle voraussichtlich im letzten
Kompressionshub befinden wird und welche Stopp-Position der Kolben
dieses Zylinders bei Stillstand der Kurbelwelle voraussichtlich
einnehmen wird,
- – vom
Steuergerät überprüft wird,
ob in der voraussichtlichen Stopp-Position des Kolbens dieses Zylinders
mit einem unerwünschten
Rückdrehen der
Kurbelwelle zu rechnen ist, und
- – mittels
des Steuergeräts
eine elektrische Stelleinheit derart angesteuert und betätigt wird,
dass beim Auslaufen der Kurbelwelle auf diese ein Korrektur-Drehmoment
aufgebracht wird, durch das der Kolben des Zylinders mit dem letzten
Kompressionshub durch Weiterdrehen der Kurbelwelle in dieselbe Drehrichtung,
die diese zuvor bei laufendem Betrieb des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
aufgewiesen hat, in eine korrigierte Abstellposition gebracht wird,
in der ein Rückdrehen
der Kurbelwelle verhindert wird, wenn vom Steuergerät ermittelt
worden ist, dass der Kolben des Zylinders mit dem letzten Kompressionshub vor
dem Stillstand des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
in eine voraussichtliche Stopp-Position
in einen Abstellbereich auslaufen würde, bei dem mit einem unerwünschten
Rückdrehen
der Kurbelwelle zu rechnen ist.
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Dadurch
kann die Abstellposition der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
nach einem Motoraus oder Motorstopp einfach und genau ermittelt werden.
Es kann insbesondere auf einen Kurbelwellensensor mit Rückdreherkennung
verzichtet werden, was Kosten einspart. Es ist somit möglich, die Endposition
der Kurbelwelle in eindeutiger Weise mit Hilfe eines einspurigen
Geberrades und des zugehörigen
Sensorelements zu bestimmen. Denn die Drehrichtung der Kurbelwelle,
die diese beim Betrieb des Verbrennungsmotors hatte, bleibt somit
auch beim Motorauslauf nach dem Stopp des Verbrennungsmotors stets
erhalten.
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Da
der Kolben desjenigen Zylinders, der sich beim Motorauslauf in seiner
letzten Kompressionsphase befinden würde, aktiv in eine erfindungsgemäß korrigierte
Abstellposition – insbesondere
z. B. nahe nach dem oberen Totpunkt oder z. B. nahe dem unteren
Totpunkt – gebracht
ist, ist zugleich in vorteilhafter Weise für den Neustart des Verbrennungsmotors
auch die Winkelposition der Kurbelwelle bzw. die Position des Kolbens
im jeweiligen Zylinder bezogen auf dessen aufeinanderfolgenden Zyklen
von Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions- und Ausstoßphasen
beim thermischen Verbrennungsprozess des Kraftstoff-/Gasgemisches
in eindeutiger Weise bestimmbar. Diese Kenntnis erleichtert die
Steuerung und/oder die Regelung der Einspritzung und/oder Zündung des
Kraftstoff-/Gasgemisches für
den jeweiligen Zylinder beim Neustart des Verbrennungsmotors.
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Deshalb
genügt
für den
Start-Stopp-Betrieb eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät in vorteilhafter
Weise ein herkömmliches
Geberrad an der Kurbelwelle, das lediglich eine einzelne Spur von
Winkelmarkierungen, insbesondere Zähnen, mit einer vorgegebenen
Lücke als
Synchronisationsmarkierung aufweist. Aufwendige mehrspurige Geberräder wie
zum Beispiel der
DE
103 59 927 A1 sowie deren zugehörige Vielzahl von Sensorelementen
und Auswerteeinrichtungen können
somit in vorteilhafter Weise entfallen.
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Des
Weiteren bewirkt eine immer ähnliche Abstellposition
bei einer Vielzahl von Abstellvorgängen des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
ein immer ähnliches
Verhalten beim Wiederstart des Motors, was die vom Kunden gefühlte Qualität des Anlassvorgangs
verbessert.
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Wenn
das Steuergerät
beispielsweise also prognostiziert, dass nach dem Ausschalten des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
der Kolben im Zylinder mit dem letzten Kompressionshub in einer voraussichtlichen
Stopp-Position z. B. nahe vor seinem oberen Totpunkt auslaufen würde, dann
steuert es eine elektrische Stelleinheit derart an, dass von dieser
ein Korrektur-Drehmoment
auf die Kurbelwelle so aufgebracht wird, dass der Kolben des jeweiligen Zylinders
aktiv in eine korrigierte Abstellposition z. B. nahe nach seinem
oberen Totpunkt oder nahe nach seinem unteren Totpunkt gebracht
wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Kolben des jeweiligen
Zylinders während
einer Kompressions- bzw. Verdichtungsphase des thermischen Verbrennungsprozesses
des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors vor
dessen Stillstand in eine voraussichtliche Stopp-Position, in der
eine Rückdrehung
der Kurbelwelle stattfinden würde,
hineinläuft,
wie z. B. in eine Stopp-Position
nahe vor seinem oberen Totpunkt, d. h. diesen nicht mehr zu überschreiten
vermag, und sich anschließend
in Richtung auf seinen unteren Totpunkt zu bewegt, wodurch eine
der ursprünglichen
Drehrichtung der Kurbelwelle entgegenwirkende Rückdrehung der Kurbelwelle stattfinden
würde.
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Wird
der Verbrennungsmotor bei seinem Auslaufen durch die elektrische
Stelleinheit kurz vor seinem Stillstand beispielsweise über den
letzten oberen Totpunkt des Kolbens in demjenigen Zylinder, der
sich nach dem Auslaufen und Stillstand der Kurbelwelle ohne Korrekturmaßnahme im
Kompressionshub befinden würde,
insbesondere mittels eines antreibenden Drehmoments, hinweg gedreht,
kann vorteilhaft ein Zurückdrehen
der Kurbelwelle beim Motorauslauf verhindert werden.
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Das
Zurückdrehen
der Kurbelwelle kann alternativ dazu insbesondere auch dadurch verhindert werden,
dass mittels der elektrischen Stelleinheit in vorteilhafter Weise
ein abbremsendes Drehmoment auf die Kurbelwelle derart ausgeübt wird,
dass der Kolben desjenigen Zylinders, der sich ohne Korrekturmaßnahme bei
voraussichtlichem Kurbelwellen-Stillstand
im Kompressionshub befinden würde, z.
B. nahe nach seinem unteren Totpunkt bereits zum Stillstand gebracht
wird.
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Die
Erfindung betrifft auch ein erfindungsgemäßes Steuergerät nach Anspruch
11.
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Sonstige
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die
Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor,
dessen Steuergerät mittels
einer elektrischen Stelleinheit die Kurbelwelle mit einem Korrektur-Drehmoment beim Auslaufen der
Kurbelwelle beaufschlagt, wenn das Steuergerät ermittelt hat, dass der Kolben
im jeweiligen Zylinder in seinem letzten Kompressionshub vor dem
Motorstillstand in eine voraussichtliche Stopp-Position nahe vor
seinem oberen Totpunkt auslaufen würde,
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2 in
schematischer Darstellung ein zeitliches Drehzahldiagramm beim Motorauslauf
des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
von 1,
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3a bis 3d in
schematischer Darstellung den Zyklus von Ansaug-, Verdichtungs-,
Expansions-, und Ausstoßphase
für das
Kraftstoff-/Gasgemisch
eines Zylinders des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors von 1 ohne
Korrektur der Abstellposition dessen Kurbelwelle,
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4a bis 4c in
schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Korrektur
der Abstellposition des Kolbens desjenigen Zylinders des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
von 1, der sich beim Auslaufen dessen Kurbelwelle
nach Auslösen
des Stopp-Modus beim Start-Stopp-Betrieb
zuletzt in der Verdichtungsphase befindet, um den Neustart des Verbrennungsmotors für dessen
Start-Stopp-Betrieb vorzubereiten,
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5 in
schematischer Darstellung ein vorteilhafter Winkelbereich für die korrigierte
Abstellposition des Kolbens des Zylinders der 4a mit 4c nach
dessen oberem Totpunkt, wenn dieser in seinem letzten Kompressionshub
vor dem Stillstand des Verbrennungsmotors in eine voraussichtliche
Stopp-Position in einem ungünstigen,
für die Rückdrehung
der Kurbelwelle kritischen Abstellbereich vor seinem oberen Totpunkt
auslaufen würde, jeweils
bezogen auf die Winkelposition der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
von 1, und
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6 in
schematischer Darstellung die Funktionskomponenten des Steuergeräts und deren Wirkungsweise
zur Aktivierung der elektrischen Stelleinheit im Start-Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
von 1, um dessen Kurbelwelle mit einem Korrektur-Drehmoment so zu beaufschlagen,
dass es zu keinem Rückdrehen
der Kurbelwelle kommt.
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Elemente
mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 mit 6 jeweils
mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen beispielhaften Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor
CM, der einen Start-Stopp-Betrieb nach dem erfindungsgemäßen Korrekturprinzip
für seine
Abstellposition ermöglicht.
Der Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor CM weist einen Zylinderblock
EN mit 4 Zylindern CY1 mit CY4 auf. In jedem Zylinder CY1 mit CY4
wird jeweils ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem
unterem Totpunkt während aufeinanderfolgender
Zyklen von Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions- und Ausstoßphasen
beim thermischen Verbrennungsprozess eines Kraftstoff-/Gasgemisches
translatorisch hin und her bewegt. Dabei wird die Einspritzung des
Kraftstoffes-/Gasgemisches in den jeweiligen Zylinder sowie dessen
Zündung
mit Hilfe eines Steuergerätes
ECU gesteuert bzw. kontrolliert. Diese Steuerung ist in der 1 dadurch
angedeutet, dass das Steuergerät
ECU über eine
Steuerleitung SL1 mit dem Zylinderblock EN verbunden ist. Der zeichnerischen
Einfachheit halber sind in der 1 entsprechende
Einspritzsysteme zur Einspitzung von Kraftstoff sowie zugehörige Zündeinrichtungen
zum Zünden
des in die jeweiligen Zylinder eingespritzten Kraftstoff-/Gasgemisches und
etliche weitere Motorkomponenten weggelassen worden.
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Die 3a bis 3d veranschaulichen schematisch
den Zyklus von Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions-, und Ausstoßphase beispielhaft
für den ersten
Zylinder CY1 bei laufendem Betrieb des Verbrennungsmotors CM. Gemäß der 3a strömt zunächst ein
Kraftstoff-/Gasgemisch AF durch ein geöffnetes Einlassventil IV in
den Arbeits-Innenraum des Zylinders CY1 ein. Dabei ist dessen Auslass- bzw.
Ausströmventil
EV geschlossen. Während
dieser Ansaugphase bewegt sich der Kolben PI1 des Zylinders CY1
von seinem oberen Totpunkt HDC nach unten in Richtung auf seinen
unteren Umkehrpunkt bzw. Totpunkt LDC zu, wodurch durch den erzeugten
Unterdruck ein Ansaugeffekt für
das einströmende
Kraftstoff-/Gasgemisch AF bewirkt ist. Der Kolben PI1 ist über eine
Pleuelstange PR mit der rotierbar aufgehängten Kurbelwelle CS des Verbrennungsmotors
CM verbunden, die den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs antreibt.
Die Drehrichtung der Kurbelwelle CS ist in der 3a durch
einen Rotationspfeil DR angedeutet. Dieser ist hier im Ausführungsbeispiel
in Uhrzeigersinn gerichtet. Die translatorische Hubbewegung des
Kolbens PI1 im Zylinder CY1 von seinem oberen Totpunkt HDC zu seinem
unteren Totpunkt LDC ist in der 3a durch
den Bewegungspfeil DW veranschaulicht. Sie wird über die Pleuelstange PR in
eine 180° Drehbewegung
der Kurbelwelle CS umgesetzt.
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Nach
dieser Ansaugphase wird das Einlassventil IV geschlossen und das
eingebrachte Kraftstoff-/Gasgemisch AF in einer nachfolgenden Kompressions-
bzw. Verdichtungsphase derart verdichtet, dass sich der Kolben PI1
im Zylinder CY1 von seinem unteren Totpunkt LDC nach oben zu seinem
oberen Totpunkt HDC bewegt. Diese translatorische Hubbewegung des
Kolbens PI1 wird über
die Pleuelstange PR am Kolben PI1 in eine 180° Drehbewegung der Kurbelwelle
CS umgesetzt, so dass diese nach der Ansaug- und Kompressionsphase
um 360° rotiert. Die
Drehrichtung der Kurbelwelle CS verläuft dabei wiederum im Uhrzeigersinn
DR. Die Hubbewegung des Kolbens PI1 nach oben ist in der 3b mit
einem Pfeil UP veranschaulicht.
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Nach
dieser Kompressionsphase wird das komprimierte Kraftstoff-/Gasgemisch
AF mittels einer Zündvorrichtung
SPA gezündet
und eine Expansionsphase bzw. Arbeitsphase für den thermischen Verbrennungsprozess
im Arbeits-Innenraum des Zylinders CY1 eingeleitet. Durch seine
Verbrennung expandiert das Kraftstoff-/Gasgemisch AF und drückt den
Kolben PI1 im Inneren des Zylinders CY1 von seinem oberen Totpunkt
HDC nach unten in Richtung auf seinen unteren Totpunkt LDC zu. Dies
veranschaulicht schematisch 3c. Dort
ist die Zündung des
Kraftstoff-/Gasgemisches AF mittels der Zündvorrichtung SPA durch einen
gezackten Blitz angedeutet. Der nach unten gedrückte Kolben CY1 übt über seine
Pleuelstange PR wiederum ein Drehmoment im Uhrzeigersinn DR auf
die Kurbelwelle CS aus. Dabei wird die translatorische Hubbewegung des
Kolbens PI1 von seinem oberen Totpunkt HDC zu seinem unteren Totpunkt
LDC wiederum in eine 180° Drehung
der Kurbelwelle CS umgesetzt.
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Erst
nach der Expansionsphase von 3c wird
schließlich
das Auslassventil EV des Zylinders CY1 geöffnet. Dabei drückt der
sich nach oben bewegende Kolben PI1 die Abgasrückstände des verbrannten Kraftstoff-/Gasgemisches
AF aus dem Innenraum des Zylinders CY1 durch das geöffnete Ausströmventil
EV nach außen
in eine nicht dargestellte Abgasleitung aus. Die translatorische
Aufwärtsbewegung
des Kolbens PI1 von seinem unteren Totpunkt LDC zu seinem oberen
Totpunkt HDC während
dieser Ausstoßphase
wird dabei wiederum über die
Pleuelstange PR in eine etwa 180° Drehbewegung
der Kurbelwelle im Urzeigersinn DR umgesetzt.
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Kommt
es nun zum Stillstand des Kraftfahrzeugs, so wird im Start-Stopp-Betrieb
der Verbrennungsmotor sofort ausgeschaltet. Dazu wird beim Anhalten
des Fahrzeugs unmittelbar die Einspritzung des Kraftstoff-/Gasgemisches
des Zylinders, der sich in der Ansaugphase befindet, gestoppt bzw.
unterbrochen. Dann läuft
die Rotationsbewegung der Kurbelwelle CS mit den an ihr über die
Pleuelstangen gekoppelten Kolben der vier Zylinder CY1 mit CY4 aus. Das
Drehzahldiagramm DI1 von 2 veranschaulicht das Auslaufen
des Verbrennungsmotors, nachdem der thermische Verbrennungsprozess
des Verbrennungsmotors bei Stillstand des Fahrzeugs bzw. Anhalten
des Fahrzeugs ausgeschaltet worden ist. Entlang der Abszisse des
Drehzahldiagramms DI1 ist die Zeit t, entlang der Ordinaten des
Drehdiagramms DI1 die Drehzahl n der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
aufgetragen. Nachdem hier im Ausführungsbeispiel der Verbrennungsmotor
zunächst
mit etwa konstanter Drehzahl KO betrieben worden ist, fällt die
Drehzahlkurve DE seiner Kurbelwelle CS in erster Nährung linear
ab, nachdem der Motor zum Zeitpunkt ta ausgeschaltet worden ist.
Der abfallende Kurvenabschnitt ist in der 2 mit AB
bezeichnet. Der abfallende Drehzahlabschnitt AB läuft schließlich flach
aus, bis die Kurbelwelle CS schließlich zum Stillstand kommt.
Vorzugsweise kann die Drehzahl n der Kurbelwelle CS mit Hilfe eines
einspurigen Geberrades GR ermittelt werden, das äquidistant in Umfangsrichtung
angeordnete Zähne
als Winkelmarkierungen ausweist. Diese sind an einer vordefinierten Umfangsstelle
durch eine Lücke
unterbrochen, die als Informationsmarke für einen optischen Sensor SEN
dient. Dieser ist über
eine Signalleitung IL1 mit dem Steuergerät ECU verbunden. In der 1 ist das
Geberrad GR lediglich strichpunktiert eingezeichnet. Es ist vorzugsweise
auf der der elektrischen Stelleinheit SG des Motors CM gegenüberliegenden
Seite der Kurbelwelle CS angeordnet. Hier im Ausführungsbeispiel
ist das Geberrad GR allerdings der zeichnerischen Einfachheit halber
demselben Endabschnitt der Kurbelwelle wie das elektrische Stellglied
SG zugeordnet. Der Sensor für
das Geberrad GR sowie die Signalleitung IL1 zwischen dem Sensor
SEN und dem Steuergerät
ECU sind ebenfalls stichpunktiert angedeutet. Der Sensor SEN liefert über die
Signalleitung IL1 Messsignale, die von den vorbeibewegten Zähnen am
Geberrad GR erzeugt werden. Aus der Zeit, die vom Erkennen eines Zahnes
bis zum nächsten
vergeht, wird im Steuergerät
ECV eine Drehgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl n des Geberrades
GR berechnet. An der Stelle der Zahnlücke kommt es aufgrund des insbesondere etwa
3 Mal größeren Abstands
von einem Zahn zum Nächsten
zu einem verfälschten
Drehgeschwindigkeitswert. Anhand dieser Anomalie kann die absolute Position
des Geberrades festgestellt werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
von 2 dreht die Kurbelwelle CS zu Begin mit annäherungsweise
konstanter Drehzahl KO bei etwa 780 RPM („rotations per minute”). Die
Spitzen nach unten im Drehzahlsignalverlauf DE ergeben sich durch
die Synchronisationslücke
auf dem Geberrad GR. Zu einem bestimmten Zeitpunkt, insbesondere
sobald das Fahrzeug zum Stillstand kommt, wird die Einspritzung
von Kraftstoff in die Zylinder des Verbrennungsmotors CM gestoppt.
Daraufhin sinkt die Motordrehzahl n entlang dem Kurvenabschnitt
AB der Drehzahlkurve DE ab. In der 2 ist der
Endabschnitt der Drehzahlkurve DE durch eine Umrahmung END gekennzeichnet
und in der rechten Bildhälfte
von 2 vergrößert dargestellt.
Die vergrößerte Abbildung
ist mit DI2 bezeichnet. Sie veranschaulicht, dass die Kurbelwelle
CS des Verbrennungsmotors CN nicht kontinuierlich langsamer wird,
sondern dass die Drehzahl nach einem Abfall jeweils wieder kurzzeitig
ansteigt. Nach je einem Unterschwinger der Drehzahl n kommt es also
zu je einem nachfolgenden Überschwinger
im Drehzahlverlauf. In der vergrößerten Darstellung
ist beispielhaft ein Minimum der Drehzahl mit DO und ein darauf
folgender Überschwinger
bzw. Anstieg der Drehzahl mit TO markiert. Dieses Schwanken der
Drehzahl beim Auslauf der Kurbelwelle CS rührt insbesondere daher, dass
die Luft, die im jeweiligen Zylinder eingeschlossen ist, wie eine gedämpfte, mechanische
Feder wirkt. Während
der Kompressionsphase des Kolbens im jeweiligen Zylinder wird die
Luft zusammengedrückt,
so dass sein Aufwärtshub
durch den sich aufbauenden Gegendruck der komprimierten Luft im
verbleibenden, verkleinerten Innenraum des Zylinders abgebremst
und somit die Drehbewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
langsamer wird. Wenn der Kolben im jeweiligen Zylinder seinen oberen
Totpunkt in der Kompressionsphase überschritten hat, dreht sich
die Kurbelwelle durch die Expansionskraft der Luft während der
nachfolgenden Expansionsphase des Kolbens im jeweiligen Zylinder
wieder schneller. Dadurch kommt es zum Wechsel zwischen dem Abfall und
dem nachfolgenden Anstieg der Drehzahl n im Drehzahldiagramm DI1
bzw. DI2 während
der Kompressions- und nachfolgenden Expansionsphase des Kolbens
im jeweiligen Zylinder, wenn der Motor abgestellt wird und ausläuft.
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Das
Steuergerät
ECU ermittelt nun nach dem Ausschaltzeitpunkt ta des Verbrennungsmotors CN
für jeden
Zylinder CY1 mit CY4, in welcher Phase des Verbrennungszyklus dessen
Kolben zu stehen käme
und welche Winkelstellung der Kurbelwelle CS dieser voraussichtlichen
Stopp-Position des Kolbens im jeweiligen Zylinder zugeordnet wäre. Selbstverständlich kann
es ggf. auch zweckmäßig sein,
die Stopp-Position des Kolbens im jeweiligen Zylinder in Bezug auf
die Winkelposition der Nockenwelle des Verbrennungsmotors zu beziehen.
Bei einem Viertaktmotor wie hier im Ausführungsbeispiel legt die Kurbelwelle
zwei Vollumdrehungen mit einem Gesamtdrehwinkel von 720° Grad zurück, wenn
die Nockenwelle um 360° Grad
gedreht wird. Die Nockenwelle ist in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit
halber weggelassen worden. Sie steuert mittels Nocken die Einström- und Ausströmphasen
bzw. -zeiten für
das Einlass- und Auslassventil des jeweiligen Zylinders.
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Stellt
nun das Steuergerät
ECU anhand der gemessenen Drehzahl n der Kurbelwelle oder Nockenwelle
fest, dass derjenige Kolben im Zylinder mit dem letzten Kompressionshub
vor dem Stillstand des Verbrennungsmotors bei seiner Aufwärtsbewegung vom
unteren zum oberen Totpunkt in eine voraussichtliche Stopp-Position
in einem Abstellbereich nahe vor, insbesondere zwischen 0° und 90° vor, seinem
oberen Totpunkt HDC auslaufen würde,
so übermittelt
es über
eine Steuerleitung SL2 an eine Kontrolleinheit SGCU ein Steuersignal
CS2. Aufgrund dieses Steuersignals CS2 wird durch die Kontrolleinheit
SGCU die elektrische Stelleinheit SG des Motors CM derart betätigt, dass
diese auf die Kurbelwelle SC so einwirkt, dass der Kolben des Zylinders,
für den die
Stopp-Position in einem Bereich nahe vor seinem oberen Totpunkt
im letzten Kompressionshub prognostiziert worden ist, aktiv in eine
korrigierte Abstellposition nahe nach seinem oberen Totpunkt bringbar ist.
Diese korrigierte Abstellposition liegt vorzugsweise zwischen 0° und 90° nach dem
oberen Totpunkt. Zur Fehlstellungskorrektur übermittelt die Kontrolleinheit
SGCU über
eine Steuerleitung SL3 ein Steuersignal CS3 an die elektrische Stelleinheit
SG, woraufhin die elektrische Stelleinheit SG aktiviert und betätigt wird.
Die elektrische Stelleinheit SG ist dabei über einen Koppelmechanismus
BE wie z. B einen Zahnriemen oder ein umlaufendes Band mit der Kurbelwelle
CS gekoppelt, so dass ein gewünschtes
Korrektur-Drehmoment
auf die Kurbelwelle aufbringbar ist.
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Ggf.
kann es auch zweckmäßig sein,
die Kontrolleinheit SGCU wegzulassen, so dass das Steuergerät ECU die
elektrische Stelleinheit SG direkt ansteuert, aktiviert und betätigt.
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Hier
im Ausführungsbeispiel
von 1 ist lediglich die elektrische Stelleinheit als
Anlasselement zum Neustart der Kurbelwelle CS für den thermischen Verbrennungsprozess
des Verbrennungsmotors CM vorgesehen. Dabei fungiert das elektrische Stellelement
vorzugsweise als Antriebsvorrichtung. Es ist insbesondere als Riemenstartergenerator
oder integrierter Startergenerator ausgebildet, der als Anlasser
zum Motor-Neustart im Start-Stopp-Betrieb des
Fahrzeugs dient. Mit Hilfe dieser Antriebsvorrichtung wird ein antreibendes
Korrektur-Drehmoment auf
die Kurbelwelle derart aufgebracht, dass der Kolben des jeweiligen
Zylinders aktiv in eine Abstellposition nahe nach seinem oberen
Totpunkt verdrehbar ist, wenn das Steuergerät ECU ermittelt hat, dass ohne
Korrekturmaßnahme
der Kolben im Zylinder mit dem letzten Kompressionshub vor dem Stillstand
des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors in eine voraussichtliche Stopp-Position
in einem Bereich nahe vor seinem oberen Totpunkt auslaufen und die
Gefahr eines Rückdrehens
der Kurbelwelle bestehen würde. Insbesondere
beaufschlagt eine derartige Antriebsvorrichtung die Kurbelwelle
mit einem antreibenden, vorzugsweise beschleunigenden Korrektur-Drehmoment
derart, dass der Kolben des jeweiligen Zylinders mit dem letzten
Kompressionshub nach dem Auslaufen der Kurbelwelle in eine korrigierte
Abstellposition zwischen 0° und
90° nach
seinem oberen Totpunkt aktiv verstellt wird, wenn das Steuergerät zuvor
festgestellt hat, dass die voraussichtliche Stopp-Position des Kolbens
in einem Abstellbereich zwischen 0° und 90° vor seinem oberen Totpunkt
liegen würde.
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5 veranschaulicht
die Lage des kritischen Abstellbereichs TB zwischen 0° und 90° (bezogen
auf die Drehrichtung DR der Kurbelwelle CS im Uhrzeigersinn, die
diese im laufenden Motorbetrieb und beim Motorauslauf hatte) im
Nahbereich vor dem oberen Totpunkt HDC des Kolbens desjenigen Zylinders
wie z. B. hier CY1, der sich vor dem endgültigen Stillstand der Kurbelwelle
CS in der letzten Kompressionsphase aller Zylinder befindet. Im
vierten Quadranten, dass heißt
0° bis 90° vor dem
oberen Totpunkt HDC kann es zu einem Zurückdrehen der Kurbelwelle kommen.
Um dies in zuverlässiger Weise
zu vermeiden, wird mit Hilfe der elektrischen Stelleinheit SG die
Kurbelwelle CS gezielt zusätzlich so
angetrieben, dass der Kolben des Zylinders, für den eine Stopp-Position vor
dem oberen Totpunkt prognostiziert worden ist, über den oberen Totpunkt hinweg
in einen korrigierten Abstellbereich AP bewegt wird, dem ein Kurbelwellenwinkel
zwischen 0° Grad
und 90° Grad
nach dem oberen Totpunkt HDC zugeordnet ist.
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Ggf.
kann es auch zweckmäßig sein,
die Kurbelwelle CS mit Hilfe der Stelleinheit SG noch weiter in
ihre ursprünglich
Drehrichtung, die sie beim Motorauslauf hat, bis in eine korrigierte
Abstellposition nahe dem unteren Totpunkt LDC weiterzudrehen. Insbesondere
liegt diese korrigierte Abstellposition in einem Bereich zwischen
0° und 90° (bezogen
auf den Kurbelwellenwinkel) nach dem unteren Totpunkt LDC. Auch
in dieser Zone ist ein Rückdrehen
der Kurbelwelle weitgehend vermieden. In der 5 ist dieser
zweite Abstellbereich, in dem eine unerwünschte Eigen-Rückdrehung
der Kurbelwelle beim Auslaufen des Motors weitgehend vermieden ist,
mit AP* bezeichnet.
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Ohne
dieses aktive Korrekturmaßnahme käme beispielsweise
der Kolben PI1 des ersten Zylinders CY1 beim Auslaufen der Kurbelwelle
CS nach Abschalten des Verbrennungsmotors CN in seiner Aufwärtsbewegung
während
einer Kompressionsphase in einer Stopp-Position TPP nahe vor seinem oberen
Totpunkt HDC zum Stillstand, so dass der Kolben PI1 im Zylinder
CY1 ausgehend von dieser Stopp-Position TBP nach unten in Richtung
auf den unteren Totpunkt LDC aufgrund der komprimierten, eingeschlossenen
Luft im Zylinder CY1 zurückgedrückt werden
würde,
und dadurch ein Rückdreh-Drehmoment auf die
Kurbelwelle CS ausgeübt werden
würde.
Diese Rückdrehwirkung
des Kolbens PI1 im Zylinder CY1 während dessen Kompressionsphase
veranschaulichen die 4a, 4b, 4c.
In der Kompressionsphase von 4a bewegt
sich der Kolben PI1 im Zylinder CY1 in Richtung auf seinen oberen
Totpunkt HDC zu, was durch den Pfeil UP angedeutet ist. Durch diesen
Aufwärtshub wird
die Luft im sich verkleinernden Arbeits-Innenraum des Zylinders
CY1 verdichtet bzw. komprimiert. Da der Schwung der Kurbelwelle
CS nicht ausreicht, den Kolben PI1 über seinen oberen Totpunkt
HDC hinwegzudrehen, bleibt er in einer Stopp-Position TBP vor seinem
oberen Totpunkt HDC kurzzeitig stehen. Da bei dem 4-Zylinder Motor des
Ausführungsbeispiels
die 4 Takte bzw. Phasen Ansaugen, Verdichten, Expandieren, Ausschieben
des thermischen Verbrennungsprozesses jeweils um 180° (Grad) Kurbelwinkel
verschoben sind, befindet sich jeweils ein Zylinder im Expansionstakt,
wenn sich ein zugehöriger
anderer Zylinder in der Kompressionsphase befindet. Da die Luft
im Zylinder, der im Kompressionstakt ist, eine größere Kraft
ausübt,
als die eingeschlossene Luft im korrespondierenden Zylinder der Expansionsphase,
wird auf die Kurbelwelle ein resultierendes Drehmoment entgegen
ihrer ursprünglichen
Drehrichtung ausgeübt,
wodurch es zu einem Zurückdrehen
der Kurbelwelle CS kommt. In der 4b ist
dargestellt, wie der Kolben PI1 des Zylinders CY1 kurzzeitig in
der Stopp-Position
TBP zum Stillstand kommt, die zwischen 0° bis 90° vor dem oberen Totpunkt HDC
liegt. Da die komprimierte Luft im Arbeits-Innenraum des Zylinders
CY1 während der
Kompressionsphase eine größere Kraft
auf den Kolben PI1 des Zylinders CY1 als der Kolben im 180° (Grad) versetzt
arbeiteten Zylinder in der Expansionsphase ausübt, wird der Kolben PI1 ausgehend von
dieser kurzzeitigen Stopp-Position TBP nach unten in Richtung auf
seinen unteren Totpunkt LDC zurückgedrückt. Dieser
Abwärtshub
ist in der 4c mit DW* bezeichnet. Durch
die dabei resultierende Abwärtskraft
des Kolbens PI1 im Zylinder CY1 wird auf die Kurbelwelle CS ein
Drehmoment entgegen ihrer ursprünglichen
Drehrichtung DR bewirkt. Die Kurbelwelle CS dreht somit in Gegenrichtung
zurück. Hier
im Ausführungsbeispiel
von 4c ist die Gegendrehrichtung durch einen Pfeil
GDR im Gegenuhrzeigersinn veranschaulicht. Der Kolben PI1 kommt
schließlich
nach seinem Abwärtshub
in einer Auslaufposition SP unmittelbar vor dem unteren Totpunkt
LDC zum Stillstand.
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Insbesondere
kann es zu einem solchen Rückdrehen
im Bereich zwischen 0° und
90° vor
dem oberen Totpunkt HDC für
den Kolben desjenigen Zylinders kommen, der sich beim Motorauslauf
zuletzt (gegenüber
den anderen Zylindern des Motors) im Kompressionstakt befindet,
da hier die Luft im Zylinder der Kompressionsphase eine größere Kraft
ausübt,
als die eingeschlossene Luft im Zylinder der Expansionsphase. Im
Bereich zwischen 180° bis
90° (in Drehrichtung
DR der Kurbelwelle betrachtet) vor dem oberen Totpunkt der Kolbenstellung
des zugehörigen Zylinders
im Kompressionstakt übt
hingegen die eingeschlossene Luft im Zylinder des Expansionstakts, dessen
Kolbenstellung sich dann 0° bis
90° nach dem
oberen Totpunkt befindet, eine stärkere Kraft auf den Kolben
als die Luft im Kompressionszylinder auf. Daher wird es in diesem
Bereich zu keinem Rückdrehen
der Kurbelwelle im Auslaufvorgang kommen.
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Da
nun zur Vermeidung dieses Rückdreheffekts
gemäß einer
ersten vorteilhaften Ausführungsvariante
der Erfindung mit Hilfe der elektrischen Stelleinheit SG aktiv ein
antreibendes Korrektur-Drehmoment ATO derart entgegen dem Rückdrehmoment GDR
auf die Kurbelwelle CS zusätzlich
aufgebracht wird, dass der Kolben desjenigen Zylinders, der sich im
letzten Kompressionshub befindet, über seinen oberen Totpunkt
HDC in eine korrigierte Abstellposition AP nahe nach seinem oberen
Totpunkt HDC hinweggedreht wird, ist ein Zurückdrehen der Kurbelwelle CS
vermieden. Durch das zusätzlich
aufgebrachte Korrektur-Drehmoment ATO (siehe 4c) führt also
der Kolben PI1 des Zylinders seinen Aufwärtshub in der Kompressionsphase
vollständig durch
und überschreitet
seinen oberen Totpunkt HDC. Auf diese Weise dreht die Kurbelwelle
CS in dieselbe Drehrichtung DR weiter, die sie bereits bei Beginn
des Auslaufens des Motors hatte. Der Kolben PI1 im Zylinder CY1
wird somit in vorteilhafter Weise aktiv in die nachfolgende Expansionsstellung
gebracht, so dass er für
einen Neustart des Motors sofort in der richtigen Zündposition
steht. Gleichzeitig genügt
deshalb in vorteilhafter Weise auch bereits ein einspuriges Geberrad
und ein einzelnes, zugehöriges
Sensorelement, um die Winkelposition der Kurbelwelle bzw. Nockenwelle
zu erfassen, die dieser aufgezwungenen, korrigierten Soll-Abstellposition des
Kolbens im Zylinder zugeordnet ist. Ohne diese Korrekturmaßnahme für die Endstellung
des Kolbens in demjenigen Zylinder, der sich beim Abstellen des Motors
im Kompressionstakt befindet, wäre
es mit einem einspurigen Geberrad wie z. B. GR und einem einzigen
Sensorelement wie z. B. SEN gar nicht oder nur schwierig möglich, eine
etwaige Rückdrehung der
Kurbelwelle CS zu erkennen. Dann wäre es auch nicht möglich, die
Endposition des Kolbens im Zylinder, die dieser nach dem Rückdrehen
des Kurbelwelle einnehmen würde,
in eindeutiger Weise mit Hilfe des Geberrades und des zugehörigen Sensorelements
bezogen auf die Winkelposition der Kurbelwelle bzw. Nockenwelle
zu bestimmen.
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Die 6 veranschaulicht
den Steuerungsablauf des Steuergeräts ECU, um ein unerwünschtes Rückdrehen
der Kurbelwelle CS bei ihrem Auslaufen nach dem Ausschalten des
Verbrennungsmotors CM zu vermeiden. Das Steuergerät ECU weist
eine Rechen-/Auswerteeinheit CU auf. Deren Kontrolleinheit CO wird über die
Signalleitung IL1 ein Messsignal wie z. B. IS1 von einer Messvorrichtung
MV zugeleitet, die insbesondere eine für die Drehzahlen der Kurbelwelle
CS repräsentative
Messgröße erfasst.
Diese Messvorrichtung MV kann beispielsweise durch das Geberrad
GR und das zugehörige
Sensorelement SEN von 1 gebildet sein. Aus dem Messsignal IS1
bestimmt die Kontrolleinheit dann die Drehzahl n. Stellt die Kontrolleinheit
CO fest, dass die Drehzahl n ab einem bestimmten Zeitpunkt wie z.
B. ta mit einer charakteristischen Kennlinie wie z. B. DE von 2 mit
Unter- und Überschwingern
abfällt,
die repräsentativ
bzw. charakteristisch für
ein Ausschalten des Motors, insbesondere einem Stopp der Kraftstoffzufuhr
sind, so ermittelt die Rechen-/Auswerteeinheit CU die voraussichtliche
Stopp-Position des
Kolbens jeden Zylinders CY1 mit CY4. Insbesondere ermittelt sie,
welcher Zylinder sich vor dem Stillstand der Kurbelwelle voraussichtlich
im letzten Kompressionshub befinden wird und welche Stopp-Position
dessen Kolben voraussichtlich einnehmen wird. Dazu kann es zweckmäßig sein,
in einer Speichereinheit SPP der Rechen-/Auswerteeinheit CU ein durch Tests
gewonnenes Kennlinienfeld abzulegen, das den Zusammenhang zwischen
der Drehzahl n im Ausschaltzeitpunkt ta oder zu einem bestimmten
Zeitpunkt im Zeitraum nach dem Ausschalten und vor dem Stillstand des
Motors und der voraussichtlichen Stopp-Position TDP des Kolbens
im Zylinder mit dem letzten Kompressionshub wiedergibt. Dieses Kennlinienfeld
ist in der 6 mit KI bezeichnet. Die Winkelposition
TDP des Kolbens ist dabei auf die Winkelposition der Kurbelwelle
bezogen, die diese während
der Aufwärts- und
Abwärtsbewegungen
des Kolbens des jeweiligen Zylinders bei ihrer Rotationsbewegung
einnimmt.
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Aus
diesem Kennlinienfeld KI entnimmt die Rechen-/Auswerteeinheit CU die voraussichtliche Stopp-Position
des Kolbens desjenigen Zylinders, der sich im Kompressionshub unmittelbar
vor dem Stillstand der Kurbelwelle befinden wird. Stellt sie mittels
einer Überprüfungseinheit
EU fest, dass diese voraussichtliche Stopp-Position TDP zwischen
0° und 90° vor dem
oberen Totpunkt HDC des Kolbens des Zylinders im Kompressionshub
liegt, so übermittelt
sie über
die Steuerleitung SL2 das Steuersignal CS2 an die Kontrolleinheit
SGCU zur Aktivierung der elektrischen Stelleinheit SG. Die Kontrolleinheit SGCU
sendet dazu über
die Steuerleitung SL3 das Steuersignal CS3 an die elektrische Stelleinheit
SG, die hier im vorliegenden Ausführungsbeispiel als elektrische
Antriebseinheit ausgebildet ist. Sie beaufschlagt nun die Kurbelwelle
CS mittels des Steuersignals CS3 mit einem derartigen Korrektur-Drehmoment,
dass der Kolben des Zylinders, der sich bei Stillstand der Kurbelwelle
voraussichtlich im Kompressionshub befindet würde, aktiv in eine korrigierte Abstellposition
SP nahe nach dem oberen Totpunkt HDC gebracht wird. Vorzugsweise
wird dabei die Kurbelwelle CS somit in diejenige Drehrichtung weitergedreht,
die der Motor zuvor während
seines laufenden Betriebs zuvor aufgewiesen hat. Insbesondere wird
die Kurbelwelle mit dem Drehmoment der Antriebseinheit SG derart
beaufschlagt, dass der Kolben des Zylinders, der sich im letzten
Kompressionshub nach dem Auslaufen der Kurbelwelle befinden würde, in
eine korrigierte Abstellposition SP zwischen 0° und 90° nach seinem oberen Totpunkt
aktiv verstellt wird.
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Ggf.
kann es zweckmäßig sein,
zusätzlich oder
unabhängig
von der gemessenen Drehzahl n der Kurbelwelle ein oder mehrere weitere
Messparameter in die prädikative
Ermittlung der voraussichtlichen Stopp-Position TDP des Kolbens
des jeweiligen Zylinders einzubeziehen. Dazu ist die Kontrolleinheit CO
der Rechen-/Auswerteeinheit CU des Steuergeräts ECU über mindestens eine Steuerleitung
IL2 mit ein oder mehreren Messvorrichtungen verbunden, die in der 6 der
zeichnerischen Übersichtlichkeit halber
weggelassen worden sind. Diese Messparameter können insbesondere der Saugrohrdruck
im Ansaugrohr des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, die Öltemperatur
im Ölleitungssystem
des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors für die ein oder mehreren Zylinder,
der Widerstand mindestens eines Hilfsaggregats, insbesondere eines
Klimakompressors, oder dergleichen sein. Für diese Messgrößen sind dann
zweckmäßigerweise
ein oder mehrere Kennlinienfelder in der Speichereinheit SPP der
Rechen-/Auswerteeinheit CU abgelegt, aus denen sich die voraussichtliche
Stopp-Position TDP des Kolbens des jeweiligen Zylinders ermitteln
lässt.
Diese Kennlinienfelder wurden vorher in Prüfstandsmessungen bestimmt.
Aus diesen wird eine Grundbedatung erstellt. Die Messung dieser
ein oder mehreren Messparameter erfolgt dabei zweckmäßigerweise
im Ausschaltzeitpunkt des Motors oder zu einem bestimmten Zeitpunkt
oder mehreren Zeitpunkten nach dem Ausschalten des Motors vor dessen
endgültigem
Stillstand.
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Alternativ
zu den Kennlinienfeldern kann die voraussichtliche Stopp-Position
auch fortlaufend berechnet werden. Dazu wird Schritt für Schritt
im Motorauslauf prädikativ
die voraussichtliche Stopp-Position mittels eines Integrationsverfahrens
für den
Kolben des jeweiligen Zylinders ermittelt und dahingehend überprüft, ob dieser
seinen oberen Totpunkt noch überschreiten,
oder nahe vor diesem, insbesondere zwischen 0° bis 90° vor diesem, in der letzten Kompressionsphase
stehen bleiben würde.
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Bei
beiden Vorhersageverfahren für
die voraussichtliche Stopp-Position werden zweckmäßigerweise
die Motorreibung, Streuungen sowie andere Einflussparameter der
jeweiligen Motorserie adaptiv berücksichtigt.
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Zusammenfassend
betrachtet wird vom Steuergerät
ECU insbesondere folgende Überprüfung vorgenommen:
Wenn
vorausgesagt wird, dass sich die Kurbelwelle bis in den Bereich
90° Grad
bis 0° Grad
vor dem nächsten
oberen Totpunkt drehen wird, wo mit einem uneerwünschten Rückdrehen zu rechnen wäre, so wird
mit Hilfe des aktiven elektrischen Antriebselements vorzugsweise
ein Drehmoment impliziert, dass gerade so groß ist, dass der nächste obere
Totpunkt geradeso überschritten
wird, und der Motor bald nach dem oberen Totpunkt, insbesondere
im Bereich 0° bis
90°, nach
dem oberen Totpunkt aufgrund seiner inneren Reibung stehen bleibt.
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Wenn
vorausgesagt wird, dass der Motor sowieso im Bereich von 0° bis 90° nach seinem
oberen Totpunkt stehen bleibt, so wird seitens des Steuergeräts ECU keine
Aktion zur Betätigung
der elektrischen Stelleinheit SG eingeleitet.
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Da
auf diese Weise ein Rückdrehen
des Motors in der Abstellphase in zuverlässiger Weise verhindert wird,
und in definierter Weise eine Startposition für den Kolben desjenigen Zylinders
vorgegeben wird, der vor dem Stillstand der Kurbelwelle in der letzten
Kompressionsphase (im Vergleich zu den anderen Zylindern) war, kann
sofort der Neustart des Motors durch Zünden des Kraftstoff-/Gasgemisches in
diesem Zylinder mit anschließender
Expansionsphase eingeleitet werden. Dies verbessert ganz erheblich
den Neustart des Verbrennungsmotors für den Start-Stopp-Betrieb.
Weiterhin kann auf einen Kurbelwellensensor mit Rückdreherkennung
verzichtet werden. Somit können
Kosten in vorteilhafter Weise eingespart werden.
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Ggf.
kann es auch zweckmäßig sein,
die elektrische Stelleinheit SG als Bremsvorrichtung auszubilden.
Dann wird in analoger Weise ein bremsendes Korrektur-Drehmoment
auf die Kurbelwelle derart aufgebracht, dass der Kolben des jeweiligen
Zylinders aktiv in eine Abstellposition nach dem unteren Totpunkt,
insbesondere in eine 0° bis
90° Zone
nach dem unteren Totpunkt (bezogen auf den Kurbelwellenwinkel),
gebracht wird, wenn das Steuergerät ermittelt hat, dass der Kolben
desjenigen Zylinders, der sich bei Stillstand der Kurbelwelle im
Kompressionstakt befindet, in eine voraussichtliche Stopp-Position in
einem Bereich zwischen 0° und
90° vor
seinem oberen Totpunkt auslaufen würde. Mit anderen Worten ausgedrückt wird
in diesem Fall die Kurbelwelle CS derart mit der elektrischen Stelleinheit
abgebremst, dass der Kolben des Zylinders, dessen Kolben im Kompressionstakt
bei Stillstand der Kurbelwelle ohne aktive Bremsmaßnahme bei
einer Stopp-Position zwischen 0° und
90° vor
seinem oberen Totpunkt voraussichtlich stehen bleiben würde, in einer
korregierten Abstellposition bereits 0° bis 90° nach seinen unterem Totpunkt
zum Stillstand kommt. In der 5 ist der
Nahbereich zwischen 0° und
90° nach
dem unteren Totpunkt LDC (in die Drehrichtung DR beim Motorauslauf
betrachtet), in dem ein Rückdrehen
des Kolbens des jeweiligen Zylinders weitgehend vermieden ist, durch
einen Doppelpfeil AP* markiert. Auch in diesem dritten Quadrantenbereich (bezogen
auf die Rotationsbewegung der Kurbelwelle im Uhrzeigersinn) ist
ein Rückdrehen
der Kurbelwelle weitgehend vermieden. Der Motorstart erfolgt dann
zweckmäßiger durch
Kraftstoff-/Gasgemischeinspritzung bei demjenigen, um 360° phasenversetzt
arbeitenden Nachbarzylinder, dessen Kolben zwischen 0° und 90° nach dem
oberen Totpunkt stehen bleibt.
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Alternativ
kann es ggf. zweckmäßig sein,
die Abbremsung der Kurbelwelle durch die Bremsvorrichtung so zu
dosieren, dass der Kolben des Zylinders, für den eine voraussichtliche
Fehlstellung in der letzten Kompressionsphase vor dem Motorstillstand prognostiziert
ist, bereits 1 Zyklus vorher in der Ansaugphase oder in einer weiter
zeitlich vorausgehenden Ansaugphase, oder drei Zyklen oder Vielfache davon
vorher in einer zeitlich vorausgehenden Expansionsphase in einem
Nahbereich nach dem oberen Totpunkt, insbesondere zwischen 0° bis 90° nach dem
oberen Totpunkt, zum Stillstand zu bringen.