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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Start-Stopp-System
betrieben werden kann. Außerdem ist Teil der Erfindung
eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, sowie ein Computerprogramm.
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Um
Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu reduzieren, werden
Verfahren und Systeme entwickelt, welche die Antriebseinheit eines
Kraftfahrzeugs unter bestimmten Voraussetzungen bzw. bei Vorliegen
vorgegebener Abschaltbedingungen automatisch abschalten und bei
Vorliegen vorgegebener Anschaltbedingungen automatisch wieder einschalten.
Derartige Verfahren und Systeme bzw. Start-Stopp-Einrichtungen sind
vor allem für den Stadtverkehr zur Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs
und eines Kohlendioxid- und Stickoxid-Ausstoßes geeignet,
da bspw. im Stadtverkehr das Fahrzeug oft zum Stehen kommt und der
Betrieb der Antriebseinheit dabei nicht erforderlich ist. Bei dem
bekannten Start-Stopp-System genügt ein längeres Drücken
des Bremspedals und die Antriebseinheit stoppt automatisch. Nach
dem Stopp genügt es, bspw. lediglich ein Fahrpedal zu berühren
und die Antriebseinheit startet wieder automatisch. Ein schneller
Startvorgang wird dabei allerdings vorausgesetzt.
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Die
DE 100 41 788 A1 bspw.
zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung.
die eine Vorrichtung zur Bestimmung einer ”Motor-Abschalt-Erlaubnis” umfasst.
Die genannte Vorrichtung bestimmt aufgrund von Daten, die sich auf
die Straßenverhältnisse beziehen, wann das Fahrzeug
starten muss bzw. startbereit sein muss und/oder wann ein Ausschalten
des Motors erlaubt ist.
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Aus
der
DE 101 61 343
A1 ist eine automatische Stopp- und Anlasssteuervorrichtung
für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei eine Steuer-
und Regeleinrichtung entsprechende Maßnahmen zum Abschalten
der Brennkraftmaschine vornimmt, wenn alle vorgesehenen Abschaltbedingungen
erfüllt sind. Beispielsweise muss die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs unter einem vorgegebenen Grenzwert liegen, bei Fahrzeugen
mit Handschaltgetriebe darf kein Gang eingelegt sein und bei Automatikgetriebe-Fahrzeugen
muss sich der Wählhebel des Getriebes in der Neutralstellung
befinden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Funktion eines Start-Stopp-Systems
weiter hinsichtlich Komfort und Sicherheit zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
dadurch gelöst, dass eine aktuelle geodätische
Höhe des Kraftfahrzeugs ermittelt und in Abhängigkeit
von der ermittelten geodätischen Höhe eine Stopp-Funktion
der Brennkraftmaschine gesperrt wird.
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Es
ist das Verdienst des Erfinders, erkannt zu haben, dass oberhalb
einer gewissen geodätischen Höhe der Luftdruck
der Umgebungsluft nicht mehr ausreicht, um ein rasches und sicheres
Starten der Brennkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb zu gewährleisten.
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Es
hat sich bei Versuchen erwiesen, dass bei geodätischen
Höhen oberhalb von z. B. 1500 m über NN der Luftdruck
so niedrig ist, dass eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung der
Brennkraftmaschine im Zusammenspiel mit der Steuerung einer Drosselklappe
im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine die Defizite für einen
schnellen Start (sog. Nachstart), so wie er beim Start-Stopp-System
gefordert ist, nicht mehr vollständig ausregeln kann, da
zuwenig Luft für ein gefordertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis
beim Start vorhanden ist.
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Deshalb
wird erfindungsgemäß bei Erreichen eines vorgegebenen
Höhenschwellwertes die automatische Stopp-Funktion der
Brennkraftmaschine außer Kraft gesetzt. Eine mögliche
anschließende automatische Startfunktion ist damit auch
unterbunden. Das bedeutet, dass in diesem Fall das gesamte Start-Stopp-System
deaktiviert wird. Dadurch werden Komforteinbußen verhindert,
die bei einem Start-Stopp-Betrieb in großer Höhe auftreten
könnten, da der Startvorgang in großer Höhe
länger dauert als in niedrigen Höhen dauert und
dieses geänderte Startverhalten von einem Fahrer des Fahrzeugs
subjektiv als fehlerbehaftet und unkomfortabel wahrgenommen werden
würde.
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Als
geodätische Höhe soll dabei die Höhe
in der sich das Fahrzeug befindet, bezogen auf Meeresspiegelniveau
(Normal Null, NN), verstanden werden.
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Für
die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden
Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in
Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für
die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils
explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich
in den Unteransprüchen.
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Vorteilhaft
ist dabei, wenn die geodätische Höhe von einem
Navigationsgerät des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Handelsübliche
Navigationssysteme, die zum Beispiel Daten des Global Positioning System
(GPS) nutzen, können die aktuelle Höhe, bezogen
auf Meeresspiegelniveau, liefern. Dieser Parameter kann vom Navigationsgerät
an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine übermittelt
werden, wo der aktuell ermittelte Wert mit dem vorgegebenen Höhenschwellwert
verglichen wird. Übersteigt der aktuelle Wert den Höhenschwellwert,
wird die Stopp-Funktion von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung
gesperrt.
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Möglich
ist auch, dass die geodätische Höhe durch Auswertung
der Ausgangssignale eines Umgebungsdrucksensors ermittelt wird.
Dabei wird der Luftdruck ermittelt und von diesem Wert auf eine
bestimmte geodätische Höhe geschlossen. Hierbei können
vorteilhafterweise auch klimatische Gegebenheiten berücksichtigt
werden. So kann bei einem aktuellen Lufthochdruck in einem Grenzbereich
das Start-Stopp-System gerade noch betrieben werden, wobei auf gleicher
Höhe bei Niederdruck das Start-Stopp-System nicht mehr
betrieben werden kann.
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Selbstverständlich
können auch noch andere Faktoren als die aktuelle geodätische
Höhe über den möglichen Betrieb des Start-Stopp-Systems
entscheiden. Deshalb ist es möglich, dass die Stopp-Funktion
zusätzlich durch Betriebsparameter der Brennkraftmaschine
gesperrt werden kann. So wird bspw. für einen Kaltstart
der Start-Stopp-Betrieb von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung
unterbunden, was durch eine Auswertung eines Signals eines an der
Brennkraftmaschine befestigten Temperatursensors ermittelt werden
kann. Auch eine Sensordiagnose, die im Rahmen einer automatisch
ablaufenden Wartung abläuft, kann bei einem festgestellten fehlerhaft
arbeitenden Sensors bewirken, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung
den Start-Stopp-Betrieb sicherheitshalber sperrt, da die Steuer-
und/oder Regeleinrichtung keine zuverlässigen Werte von
dem Sensor übermittelt bekommt.
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Es
sei an dieser Stelle erwähnt, dass Betriebsparameter auch
einen automatischen Start erzwingen können. Wird bspw.
festgestellt, dass der Unterdruck im Bremskraftverstärker
durch mehrmaliges Betätigen des Bremspedals während
eines Stillstands des Kraftfahrzeugs nahezu vollständig
abgebaut wurde, so wird ein automatischer Start der Brennkraftmaschine
eingeleitet, um wieder Unterdruck im Bremskraftverstärker
zu erzeugen.
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Wird
ein fehlerhaftes und damit nicht interpretierbares Signal von dem
Navigationsgerät und/oder dem Umgebungsdrucksensor an die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung geliefert, so kann eine geodätische
Höhe nicht ermittelt werden. In diesem Fall wird sicherheitshalber
das Start-Stopp-System gesperrt, um zumindest einen stotternden
und verzögerten Startvorgang zu verhindern. Wird ein fehlerhaftes
Signal von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung empfangen, kann
bspw. an einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeug eine Warnleuchte
aktiviert und/oder ein akustisches Warnsignal ausgegeben werden,
um dem Fahrer einen eventuellen Fehler im Navigationsgerät
oder am Umgebungsdrucksensor zu signalisieren.
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Ferner
ist möglich, dass bei einer gesperrten Stopp-Funktion ein
optisches und/oder akustisches Signal, bspw. am Armaturenbrett des
Fahrzeugs für den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgesandt
wird. Damit wird der Fahrer auf das gezielte Abschalten der Start-Stopp-Funktion
hingewiesen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Nachfolgend
wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine; und
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2 ein
Flussdiagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
das technische Umfeld der Erfindung. Im Einzelnen zeigt die 1 eine
Brennkraftmaschine 10 mit einem Brennraum 12,
der von einem Kolben 14 beweglich abgedichtet wird. Ein
Wechsel der Füllungen des Brennraums 12 wird durch
wenigstens ein Einlassventil 16 und ein Auslassventil 18 gesteuert,
die dazu von entsprechenden Aktoren 20, 22 betätigt
werden. In der Ausgestaltung der 1 dient ein
Injektor 24 zur Dosierung von Kraftstoff in eine Luftfüllung
des Brennraums 22. Das resultierende Gemisch aus Kraftstoff
und Luft wird von einer Zündkerze 26 gezündet.
Die Füllung des Brennraums 12 mit Luft erfolgt
aus einem Ansaugrohr 28 mit einem Ansaugstutzen 30.
Das Ansaugrohr 28 weist eine Drosselklappe 32,
die von einem Drosselklappen-Steller 34 betätigt
wird, sowie einen Luftmassenmesser 36 auf.
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Die
Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 42 (auch
bspw. ”Digital Motor Electronics (DME)” genannt)
gesteuert, die dazu Signale verarbeitet, in denen sich verschiedene Betriebsparameter
der Brennkraftmaschine 10 abbilden. In der Darstellung
der 1 sind das vor allem das Signal mL des Luftmassenmessers 36,
das Signal FW eines Fahrerwunschgebers 44, der eine Drehmomentanforderung
des Fahrers erfasst, das Signal n eines Drehzahlgebers 46,
der eine Drehzahl n einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 40 erfasst
und das Signal P_L eines Umgebungsdrucksensors 48. Der
Umgebungsdrucksensor 48 ist im Bereich des Ansaugstutzens 30 angeordnet.
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Es
versteht sich, dass moderne Brennkraftmaschinen 10 mit
einer Vielzahl weiterer Geber und/oder Sensoren ausgerüstet
sind, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt sind. Beispiele solcher Sensoren sind Temperatursensoren,
weitere Drucksensoren, Abgassensoren, et cetera. Die Aufzählung
der Geber 36, 44, 46 und 48 ist insofern
nicht abschließend gemeint. Es muss auch nicht für
jeden von der Steuer- und Regeleinrichtung 42 verarbeiteten
Betriebsparameter ein eigener Sensor vorhanden sein, weil die Steuer-
und Regeleinrichtung 42 verschiedene Betriebsparameter
mithilfe von Rechenmodellen aus anderen, gemessenen Betriebsparametern
modellieren kann.
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Aus
den empfangenen Gebersignalen bildet die Steuer- und Regeleinrichtung 42 unter
anderem Stellgrößen zur Einstellung des von der
Brennkraftmaschine 10 zu erzeugenden Drehmoments. In der Ausgestaltung
der 1 sind dies insbesondere eine Stellgröße
S_K zur Ansteuerung des Injektors 24, eine Stellgröße
S_Z zur Ansteuerung der Zündkerze 26 und eine
Stellgröße S_L_DK zur Ansteuerung des Drosselklappen-Stellers 34.
Außerdem zeigt 1 ein Navigationsgerät 50,
das außerhalb des Bereichs der Brennkraftmaschine 10 angeordnet
ist. Das Navigationsgerät 50 ist über
eine Signalleitung mit der Steuer- und Regeleinrichtung 42 verbunden.
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Im Übrigen
ist die Steuer- und Regeleinrichtung 42 dazu eingerichtet,
insbesondere dazu programmiert, das erfindungsgemäße
Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen
und/oder den entsprechenden Verfahrensablauf zu steuern.
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Die
Brennkraftmaschine 10 ist mit einem Start-Stopp-System
betreibbar. Bei allen bekannten Start-Stopp-Systemen wird die geodätische
Höhe nicht berücksichtigt, in der sich das Kraftfahrzeug
aktuell befindet. Diesen Nachteil überwindet das erfindungsgemäße
Verfahren.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Zum Start des Verfahrens ist das Kraftfahrzeug im Stillstand (Schritt 100). Die
Brennkraftmaschine 10 ist in Betrieb. Im Schritt 110 werden
allgemeine Stopp-Bedingungen für die Brennkraftmaschine 10,
von der Steuer- und Regeleinrichtung 42 abgefragt. Allgemeine
Stoppbedingungen liegen z. B. vor, wenn die Brennkraftmaschine 10 kalt
ist oder wenn durch ein Wartungsprogramm fehlerhafte Sensoren festgestellt
wurden. Liegen keine dieser Bedingungen vor, wird die Brennkraftmaschine 10 mit
dem bekannten Start-Stopp-System betrieben. Sind die allgemeinen Stoppbedingungen
erfüllt, wird im Entscheidungsschritt 120 zusätzlich
die ermittelte Information über die aktuelle geodätische
Höhe abgefragt.
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Die
Information über die aktuelle geodätische Höhe
wird folgendermaßen ermittelt: Die Steuer- und Regeleinrichtung 42 empfängt
in Schritt 130 entweder ein Signal U des Umgebungsdrucksensors 48 mit
dem aktuellen Luftdruck oder ein Signal N des Navigationssystem 50 über
die aktuelle geodätische Höhe. Denkbar ist dabei
auch, dass beide Signale ausgewertet werden. Der aktuelle Luftdruck
als Signal des Umgebungsdrucksensors 48 muss in der Steuer-
und Regeleinrichtung 42 in Schritt 140 allerdings
noch auf einen geodätischen Höhenwert umgesetzt
werden, um einen konfigurierbaren Wert für die aktuelle
geodätische Höhe zu ermitteln.
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In
der Abfrage 150 wird der aktuell ermittelte Höhenwert
gegen einen in der Steuer- und Regeleinrichtung 42 vorgegebenen
Höhenschwellwert verglichen. Liegt der aktuelle Höhenwert
unter dem Höhenschwellwert, liegt keine Stoppbedingung
auf Grund der aktuellen Höhe vor. Ist der Höhenschwellwert
durch den aktuellen Höhenwert jedoch überschritten,
wird eine Freigabe für die Stoppfunktion der Brennkraftmaschine 10 (Schritt 160)
dem Entscheidungsschritt 120 zugeführt.
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Liegen
von den allgemeinen Stoppbedingungen (Abfrage 110) und
den höhenbezogenen Stoppbedingungen Freigaben für
die Stoppfunktion vor, wird in Schritt 170 in der Steuer-
und Regeleinrichtung 42 die Stoppfunktion für
die Brennkraftmaschine 10 umgesetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10041788
A1 [0003]
- - DE 10161343 A1 [0004]